UM MODELO NEUROCOMPUTACIONAL PARA ALGUNS TRANSTORNOS DE PENSAMENTO PRESENTES NA

ESQUIZOFRENIA

Pedro Paulo da Silva Ayrosa

TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS

PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR

EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA DE SISTEMAS E COMPUTAÇÃO.

Aprovada por:

p Prof. Luís Alfredo a1 de Carvalho, D.Sc

ProQ Adriana BV~ s Soares, D.Sc. C e bVY'

Prof. 1 Jiz 0 , tá .6 Azevedo, D.Sc.

L/" >o /,..&3- Prof. ~é r~ io ) fxe l Gonçalves,

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARÇO DE 2001

AYROSA, PEDRO PAULO DA SILVA

Um Modelo Neurocomputacional

para alguns Transtornos de Pensamento

presentes na Esquizofrenia [Rio de Janeiro]

200 1

XIII, 125 p., 29,7 cm (COPPE/UFRJ,

D.Sc., Engenharia de Sistemas e

Computação, 200 1)

Tese - Universidade Federal do Rio de

Janeiro, COPPE

1 - Neurociência Cognitiva Computacional

2 - Esquizofienia 3 - Redes Neuronais

I. COPPE/UFRJ II.Título ( série )

Aos meus pais Dilmar e Yolanda Ayrosa A minha esposa Sueli Barione Ayrosa

Ao meu filho João Pedro Barione Ayrosa

Agradecimentos

Ao Professor Dr. Luís Alfredo Vida1 de Carvalho por sua orientação segura, pela

paciência e apoio durante a realização deste trabalho.

Aos Professores do Programa de Engenharia de Sistemas e Computação pela

minha formação acadêmica.

A todos os funcionários do Programa de Engenharia de Sistemas e Computação,

especialmente à Solange, pela atenção e presteza.

Aos familiares pelo incentivo e apoio em todos os momentos, especialmente à

minha prima Dra. Ilce Ayrosa de Barros.

A Capes pelo apoio ftnanceiro através do programa PICDT.

A Universidade Federal do Rio de Janeiro pelo apoio e facilidades para o

desenvolvimento deste trabalho.

A Universidade Estadual de Londrina pelo incentivo e apoio durante o período

de doutoramento.

Ao Departamento de Computação da Universidade Estadual de Londrina pela

minha liberação e pelo esforço de todos a fim de me proporcionar a oportunidade de

capacitação.

Aos muitos colegas da pós-graduação, especialmente à Cinira, à Nivea e à Rosa,

que sempre se mostraram solícitos com as minhas dúvidas e indagações.

Aos amigos Prof. Dr. Roosevelt José Dias e Eng. Carlos Godar pelo incentivo

durante todos esses anos e especialmente pelas suas amizades.

Resumo da Tese apresentada à COPPEAJFRJ como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc)

UM MODELO NEUROCOMPUTACIONAL PARA ALGUNS TRANSTORNOS DE PENSAMENTO PRESENTES NA ESQUIZOFRENIA

Pedro Paulo da Silva Ayrosa

Orientador: Luís Alfredo Vida1 de Carvalho

Programa: Engenharia de Sistemas e Computação

Recentes pesquisas em esquizofrenia têm demonstrado diversas anomalias

na estrutura, função cognitiva e fisiologia cerebral. Alguns destes achados parecem

estar desconectados. Este trabalho propõe um modelo neurocomputacional para a

desordem de pensamento da esquizofrenia que integra alguns fenômenos clínicos

inexplicáveis ou sem conexão com resultados experimentais. Mapas auto-

organizáveis e a equação de membrana para representação pontual de um neurônio

são as bases do modelo. O efeito de priming semântico presente em sujeitos

esquizofrênicos com distúrbio de pensamento é simulado. Alguns transtornos de

pensamento são explicados como resultado de um decréscimo da relação de sinal-

ruído no córtex cerebral.

Abstract of Thesis presented to COPPEAJFRJ as a partia1 fulfillment of the

requirements for the degree of Doctor of Science (D. Sc.)

A NEUROCOMPUTATIONAL MODEL FOR SOME SCHIZOPHRENIC THOUGHT DISORDERS

Pedro Paulo da Silva Ayrosa

Advisor: Luís Alfredo Vida1 de Carvalho

Department: Computer and System Engineering

Recent researches in schizophrenia has demonstrated widespread

abnormalities in patient's brain structure, cognitive function, and physiology.

Some of these findings appear to be disconnected. This work proposes a

neurocomputational model for schizophrenic thought disorder that integrate some

inexplicable or unrelated clinical phenomena and experimental results. Self-

organizing maps and the membrane equation for point representation of a neuron

are the model bases. Semantic priming effect in normal subjetcts and thought-

disordered schizophrenia patients is simulated, and formal thought disorder is

explained as result of decreased signal-to-noise ratio in cortical networks.

Sumário

Capítulo 1 Introdução

1. I Apresentação

1.2 Fomulação do Problema

1.3 Relevância do Problema

1.4 A Tese

1.5 Organização do Texto

Capítulo 2 O Sistema Nervoso

2.1. Introdução

2.2. O Sistema Nervoso

2.3. O Cérebro

2.3.1. O Córtex 2.4. O Neurônio

2.4.1. Breve Histórico

2.4.2. Estrutura

2.4.3. Sinapses, Neurotransmissores e Neuromoduladores

Capítulo 3 Esquizofrenia

3.1. Introdução

3.2 Histórico, Conceituação e Classificação

3.3 Sintomatologia, Diagnóstico e Epidemiologia

3.4 Etiopatogenia da Esquizofrenia

3.4.1 Hipótese Dopaminérgica

3.4.1.1 Características Gerais do Sistema Dopaminérgico

3.4.1.2 Classificação dos Receptores

3 -4.1.3 Mecanismo Básico de Síntese e Degradação da Dopamina 29

3.4.1.4 A Hipótese Básica 30

vii

3.4.2 Hipótese Serotoninérgica

3.4.3 Hipótese Hipofrontalidade

3.5 Distúrbio de Pensamento em Esquizofrenia

3.6 Modelos Computacionais para Esquizofrenia

3.6.1 Modelos de Cohen e Servan-Schreiber

3 -6.2 Modelos de Hoffman

Capítulo 4 O Efeito de "Priming" Semântico

4.1 Introdução

4.2 Definição de Priming e Priming Semântico

4.3 Técnica de Decisão Léxica

4.3.1 Tempo de Duração do Prime e Tempo de Reação

4.4 Teorias para o Priming Semântico

4.4.1 Teoria da Propagação da Ativação

4.4.2 Teoria da Expectativa

4.4.3 Teoria do Casamento Semântico

4.5 Priming Semântico e Esquizofrenia

Capítulo 5 O Modelo

5.1. Conceitos Preliminares

5.1.1. Redes Neuronais

5.1.2. Mapa Auto-Organizável (SOM)

5.1.2.1 Arquitetura e Algoritmo

5.1.2.2 Inspiração e Plausibilidade Biológica

5.1.3. A Equação da Membrana

5.2 O Nível 1 do Modelo

5.3 O Nível 2 do Modelo

Capítulo 6 Resultados e Discussão

6.1 Simulação 1 : Construção do Mapa Auto-Organizável Representativo

da Rede Semântica

6.2 Simulação 2: Verificação se o Modelo Reproduz o Efeito de Priming

Semântico

6.3 Simulação 3: Verificação se o modelo Reproduz a Desfocalização ou 101 Espraiamento de Sinal Provocado pela Modulação da Dopamina

6.4 Simulação 4: Verificação se o modelo Reproduz o Comportamento de 104 Propagação da Ativação

6.5 Simulação 5: Verificação se o Modelo Reproduz o Conceito de Idéia 105 Fixa como um Forte Ruído em uma Unidade

6.6 Considerações Finais 106

Capítulo 7 Conclusão

Referências Bibliográficas 110

Lista de Figuras

Figura 2.1 : Estrutura do Sistema Nervoso Central

Figura 2.2: Divisão em lobos: Frontal, Parietal, Temporal e Occiptal

Figura 2.3 : Estrutura do Neurônio

Figura 3.1 : Vias Dopaminérgicas nigroestriatal, mesolímbica e mesocortical

Figura 3.2: Ventrículos de uma pessoa normal e ventrículo aumentados de uma

pessoa com esquizofrenia

Figura 3.3 : PET com a média do fluxo sanguíneo de pacientes durante

alucinações auditivas

Figura 3.4 Área de associação pré-frontal

Figura 3.5: Imagem mostrando que os esquizofrênicos não tem o fluxo

sanguíneo aumentado nos lobos frontais durante a realização de

testes cognitivos.

Figura 3.6: Topologia da rede do experimento de Stroop

Figura 4.1 : Seqüência de eventos de um experimento de decisão léxica

Figura 4.2: Esquema dos tempos utilizados para o cálculo do priming

Figura 4.3: Os tempos: SOA (Stimulus Onset Asynchrony) e RT (Tempo de

Reação)

Figura 4.4: Propagação da ativação em uma rede

Figura 4.5: Média do Tempo de reação (RT) dos grupos de sujeitos normais

(Normal), sujeitos com distúrbio de afetividade (Afetivo), sujeitos

esquizofrênicos sem distúrbio de pensamento (EsDP) sujeitos

esquizofrênicos com distúrbio de pensamento (EcDP) para os pares

Prime-Palavra-Não-Relacionada (Prime-PNR) e Prime-Palavra-

Relacionada (Prime-PR)

Figura 4.6: Média do Tempo de Priming dos grupos de sujeitos normais

(Normal), sujeitos com distúrbio de afetividade (Afetivo), sujeitos

esquizofrênicos sem distúrbio de pensamento (EsDP) sujeitos

esquizofrênicos com distúrbio de pensamento (EcDP)

Figura 4.7: Comparação dos resultados de experimentos de priming semântico

Figura 5.1 : Rede Semântica

Figura 5.2: Arquitetura geral da rede

Figura 5.3: Esquema das unidades de saída como capacitores com ruídos

Figura 6.1: Organização dos conceitos após o treinamento da rede

Figura 6.2: Contribuição de cada micro-característica para a distribuição

topográfica dos conceitos

Figura 6.3: Distribuição dos conceitos na rede 3x5

Figura 6.4: Resposta da rede para o estímulo polegar

Figura 6.5: Resposta da rede para o estímulo unha

Figura 6.6: Resposta da rede para o estímulo dedo da mão

Figura 6.7: Resposta da rede para o estímulo dedo do pé

Figura 6.8: Resposta da rede para o estímulo mão

Figura 6.9: Resposta da rede para o estímulo pé

Figura 6.10: Resposta da rede para o estímulo braço

Figura 6.11 : Resposta da rede para o estímulo perna

Figura 6.12: Resposta da rede para o estímulo sapato

Figura 6.13: Resposta da rede para o estímulo meia

Figura 6.14: Gráfico do efeito depriming semântico, reproduzido pelo modelo

para sujeitos normais e sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de

pensamento

Figura 6.15 : Ativação da rede pelo estímulo perna

Figura 6.16: Ativação da rede pelo estímulo perna, com a redução de 90% no

valor da variável que representa a ação da dopamina

Figura 6.17: Comportamento da ativação da rede em quatro momentos 1 O4 diferente: (a) t=20, (b) t=112, (c) t=470 e (d)t=630

Figura 6.18: Resultado da simulação da resposta da rede para o estimulo perna 105 tendo sido aumentado o ruído da unidade correspondente ao

estímulo meia na ordem de 30%

Lista de Tabelas

Tabela 3.1: Comparação entre a esquizofrenia tipo I e a tipo 11, segundo CROW

Tabela 3.2: Influência de substâncias psicoativas no mecanismo de síntese e

degradação da dopamina

Tabela 5.1: Representação dos objetos através do ajuste do bit de nomeação

Tabela 5.2: Representação das características

Tabela 5.3: Representação dos 10 objetos através de 21 bits

Tabela 6.1: Resultados da simulação do efeito priming com tempo de duração

do prime de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: dedo da

mão com mão

Tabela 6.2: Resultados da simulação do efeitopriming com tempo de duração

do prime de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: mão

com pé

Tabela 6.3: Resultados da simulação do efeitopriming com tempo de duração

do prime de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: pé com

sapato

Tabela 6.4: Resultados da simulação do efeitopriming com tempo de duração

do prime de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: sapato

com pé

Capítulo 1

Introdução

1.lApresentação

A Neurociência Cognitiva Computacional (NCC) é uma disciplina recente

que combina o corpo de conhecimentos (e os métodos de investigação) da

neurociência e da ciência cognitiva com as técnicas da ciência da computação,

especialmente da inteligência artificial, a fim de modelar os processos cognitivos.

Tal modelagem visa prover informações ou testar teorias que nos permitam

entender a natureza da mente e o seu relacionamento com o cérebro.

Normalmente a pesquisa em neurociência cognitiva computacional

envolve uma extensa gama de conhecimentos que vai desde aspectos de

bioquímica e biofisica da fisiologia, passando pelo conhecimento neuroanatôrnico

e das modernas técnicas de investigação por imagens cerebrais, até os

procedimentos e teorias da psicologia experimental, além, é claro, dos métodos

computacionais.

Em resumo, a NCC tenta explorar computacionalrnente uma possível

ligação entre a neurociência de baixo nível com o desempenho cognitivo de alto

nível, desenvolvendo, assim, teorias e explicações que podem ser simuladas e

comparadas com dados experimentais. Este trabalho foi realizado neste contexto.

1.2 Formulação do Problema

O problema investigado e modelado neste trabalho é descrito pela seguinte

questão: por que os sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de pensamento,

distúrbio este caracterizado por uma ruptura das associações normais, apresentam

um tempo de reação nos testes de decisão léxica que privilegia as associações

normais ao passo que o esperado seria exatamente o oposto?

1.3 Relevância do Problema

A esquizofrenia é um transtorno psiquiátrico extremamente importante. É a

mais freqüente das psicoses atingindo 1% da população mundial, e se

considerarmos a forma mais branda da esquizofrenia esta porcentagem ficaria na

faixa de 3% a 5%. Apesar da gravidade apresentada pelos pacientes afetados pela

esquizofrenia, somente metade da população de todos os pacientes

esquizofrênicos (dos Estados Unidos) recebe tratamento adequado (BRANDÃO

& GRAEFF,1997). Ela também está associada a uma incidência maior de

doenças médicas gerais e de mortalidade, especialmente por suicídio em cerca de

10 % dos pacientes. Como geralmente a esquizofrenia aparece precocemente na

vida do indivíduo e frequentemente pode ser crônica, os custos do transtorno são

substanciais. Nos EUA, o gasto direto com a esquizofrenia em 1990 correspondeu

a 2,5% do total do gasto com a saúde, ou cerca de 16 a 19 bilhões de dólares. Se

os custos indiretos de fatores como perda de produtividade, fardo sobre a família,

desemprego e incapacidade perrnantente forem considerados, soma-se um valor

superior a 46 bilhões de dólares (AMERICAN PSYCHIATRIC ASSOCIATION,

2000). Desta forma, todos os esforços científicos para entendimento dos

mecanismo envolvidos na manifestação da esquizofrenia são extremamente

importantes.

1.4 A Tese

O objetivo deste estudo é construir um modelo que permita a verificação

por simulação de algumas hipóteses e teorias que explicam certos achados

conflituosos, como o aumento do efeito depriming (ou amorçagem) semântico em

sujeitos esquizofrênicos que sofrem de desordem de pensamento formal, quando

comparados com sujeitos normais utilizados como controle.

Para tanto foi desenvolvido um framework onde vários níveis de abstração

de diferentes paradigmas e teorias das áreas de inteligência artificial e ciência

cognitiva foram combinados para a construção de um modelo neurocomputa-

cional.

1.5 Organização do Texto

Este trabalho está organizado em 7 capítulos, sendo o primeiro esta

introdução.

O capítulo 2 é apresenta de forma sucinta a organização e os principais

elementos do sistema nervoso central a fim de facilitar o entendimento das

referências anatômicas e funcionais de alguns mecanismos biológicos

referenciados e discutidos nos capítulos seguintes.

O capítulo 3 faz uma descrição dos aspectos gerais da esquizofrenia

permitindo o leitor sem formação na área médica tomar contato com os principais

conceitos necessários a compreensão de vários pressupostos assumidos pelo

modelo.

O capítulo 4 descreve o fenômeno observável nos sujeitos esquizofrênicos

com distúrbio de pensamento denominado efeito de priming semântico. Tal

fenômeno é importante por exigir, para seu entendimento, uma integraçao de

achados e teorias nem sempre relacionados de forma direta.

O capítulo 5 descreve os conceitos ou técnicas preliminares (redes neuronais

artificiais, mapas auto-organizáveis e a equação da membrana para modelos

pontuais de neurônios) que serviram de base para o desenvolvimento modelo. É

apresentado o modelo em detalhes, bem como os pressupostos assumidos.

O capítulo 6 descreve todas as simulações realizadas e os resultados obtidos

são discutidos.

O capítulo 7 é a conclusão deste trabalho bem como sugestões para

trabalhos futuros.

Capítulo 2

O Sistema Nervoso

2 .1 Introdução

Pode-se afirmar, segundo KAPLAN et al. (1997), que o cérebro é o

denominador comum para quase todas as escolas de pensamento envolvidas no

estudo do comportamento humano. Entretanto o cérebro é "apenas" um dos

componentes envolvidos na organização de uma grande estrutura de enorme

complexidade responsável pelos pensamentos, sentimentos e regulações

organovegetativas. Tal complexidade é incontestável somente pela observação

dos números de elementos e interações entre estes elementos: cerca de 20 bilhões

de neurônios e cada um conectado a 10 mil outros neurônios (SPITZER, 1999).

2.2 O Sistema Nervoso

Como ressaltado por MACHADO (1993), o sistema nervoso é um todo, e

qualquer divisão, indiferente ao critério adotado (isto é, critérios anatômicos,

embriológicos e funcionais), tem apenas a função didática. É freqüente na

literatura variações nas divisões objetivando a clareza didática da apresentação.

Neste trabalho é apresentado a estrutura do sistema nervoso baseada em

MACHADO (1 993), SHEPHERD (1 994) e KANDEL et al. (1 997), privilegiando

a classifícação mais objetiva e clara. Assim, a classificação do sistema nervoso

costuma ser apresentada sob dois aspectos: anatômico e funcional. A descrição

sob o critério anatômico divide o sistema nervoso em sistema nervoso central e

sistema nervoso periférico, enquanto a descrição funcional divide em sistema

nervoso sornático e sistema nervoso autônomo (este sub-dividido em: sistema

nervoso simpático e sistema nervoso parassimpático).

O sistema nervoso central (SNC) é formado pelo encéfalo e pela medula

espinhal, isto é, é aquele localizado dentro da cavidade craniana e do canal

vertebral. O encéfalo é a principal região integrativa do sistema nervoso

responsável pela memória, geração de pensamentos e emoções, além das funções

relacionadas ao psiquismo e ao controle complexo do corpo (GUYTON, 1993). Já

a medula espinhal tem 2 funções principais: condutor de vias que saem e entram

no encéfalo e integração e coordenação de atividades sensoriais, motoras e

neurovegetativas. O SNC é descrito por KANDEL et al. (1997) como um

conjunto de 7 partes (veja figura 2.1):

medula espinhal: subdividida em regiões (cervical, torácica, lombar e sacra)

é a parte mais caudal do SNC;

bulbo: é parte superior a medula espinhal contendo diversos centros

responsáveis por funções autônomas (digestão, respiração e controle da

freqüência cardíaca);

ponte: está localizada acima do bulbo e é responsável pela transmissão de

informações sobre movimento do cérebro para o cerebelo;

cerebelo: modula a força e o alcance do movimento; participa do aprendizado

de habilidades motoras;

mesencéfalo: controla várias funções sensoriais e motoras, dentre as quais

podemos citar os movimentos oculares e coordenação dos reflexos visuais e

auditivos;

diencéfalo: dividido em duas estruturas, o tálamo responsável pelo

processamento da maior parte da informação que chega ao córtex cerebral

proveniente das outras partes do SNC, e o hipotálamo que regula as funções

autônomas, endócrinas e vicerais;

hemisférios cerebrais: consistem no córtex cerebral e três estruturas situadas

internamente: gânglios da base (relacionado ao desempenho motor), o

hipocampo (participa em diversos aspectos do armazenamento das memórias)

e o núcleo amigdalóide (coordena respostas autônomas e endócrinas com

participação dos estados emocionais).

O sistema nervoso periférico é composto por uma malha extremamente

ramificada de nervos. Nervos são cordões esbranquiçados constituído de feixes de

fibras nervosas reforçadas pelo tecido conjuntivo (MACHAD0,1993) que podem

ser nervos aferentes (ou sensoriais), eferente (ou motores) ou mistos (sensório-

motores). Pode-se dividir os nervos em dois grandes conjuntos: nervos espinhais e

nervos cranianos. Tal divisão está baseada na ligação com a medula espinhal ou

com o encéfalo.

+ Prosencéfalo

c Mesencéfalo

c Rombencefalo

Figura 2.1: Estrutura do Sistema Nervoso Central.

2.3 O Cérebro

O cérebro é dividido em dois hemisférios pela fissura longitudinal.

Situado à base desta fissura encontra-se um feixe de fibras nervosas chamado de

corpo caloso. Tal conjunto de fibras constituem um canal de comunicação entre os

dois hemisférios.

O sulco central (ou fissura de Rolando) e sulco lateral dividem cada

hemisfério em quatro seções denominadas por lobos (figura 2.2) e nomeadas de

acordo com a suprajacência dos ossos da caixa craniana: lobo frontal, lobo

temporal, lobo parietal e lobo occipital. Temos ainda duas outras subdivisões: o

córtex insular e o lobo límbico. O primeiro não visível na superfície do cérebro e

o segundo não constituindo uma área distinta, mas tendo seus neurônios formando

circuitos complexos com importante papel na aprendizagem, memória e emoções.

2.3.1 O Córtex

Devido ao processo evolutivo, o córtex ("substância cinzenta que se

dispõe em uma camada fina na superflcie do cérebro e do cerebelo;",

Machado,l993, p.151) se desenvolveu de forma diferenciada da estrutura

craniana. Tal desenvolvimento resultou numa forma enrugada em que é observado

e designado por giros as protuberâncias e por sulcos as depressões existentes

entre os giros. Em termos de evolução, o córtex é a parte do cérebro desenvolvida

mais recentemente. Com um estrutura formada por seis camadas bem defuiidas, o

córtex está presente somente nos mamíferos; e uma área específica, também com

seis camadas, o córtex pré-frontal (tratato mais adiante) está presente somente

9

nos primatas (LEVINE, 1991). O córtex apresenta várias áreas específicas com

funções relativamente definidas. Duas categorias são observadas: áreas motoras e

áreas sensoriais. Estas áreas são divididas em primárias quando mantém conexões

diretas com músculos específicos ou receptores sensoriais específicos; e

secundárias e terciárias quando complementam de forma variada as funções das

áreas primárias. Outras áreas, conhecidas por áreas de associação, não se

enquadram nas rígidas categorias de áreas motoras e sensoriais. Estas áreas

recebem e analisam sinais de várias regiões corticais e subcorticais. Três são

consideradas de destaque: área de associação parieto-occipitotemporal

(relacionada a compreensão da linguagem, etc), área de associação pré-frontal

(relacionada ao planejamento motor, aos processos de elaboração de pensamentos,

etc) e área de associação límbica (relacionada ao comportamento, às emoções e à

motivação).

Segundo KAPLAN et al. (1997, p.107), "c..) o córtex pré-frontal tem

sido de particular importância para os pesquisadores de transtorno cerebrais

unicamente humanos, como esquizofrenia e transtornos do humor c..) " devido a

observação do singular aumento de área pré-frontal dos humanos quando em

comparação com outras espécies. Por exemplo, o córtex pré-frontal dos humanos

constituem 29% da área cortical enquanto nos chimpanzés é de 17% e nos gatos

3,5% . Além dessa observação, é considerado o fato que a área pré-frontal dos

primatas e de outros animais é particularmente rica em terminações

dopaminérgicas e acredita-se que esta inervação dopaminérgica seja uma entrada

modulatória importante para várias tarefas cognitivas (O'REILLY &

MUNAKATA, 2000, KANDEL et al., 1997, LEVINE, 1995).

Figura 2.2: Divisão em lobos: frontal (F), Parietal (P), Temporal (T) e

Occiptal (O).

2.4 O Neurônio

2.4.1 Breve Histórico

Até pouco mais de cem anos atrás, segundo SHEPHERD (1994), ainda

não se tinha certeza se a teoria da célula era aplicada ao sistema nervoso. Em 1936

Jan Purkinje publica um trabalho sobre observações de células do cerebelo em que

descreve basicamente o núcleo e o citoplasma. Tais células receberão seu nome

mais tarde: células de Purkinje. Em 1865, com a publicação póstuma da obra de

Otto Deiters, é apresentado um diagrama em que é mostrado claramente dois tipos

de fibra ligadas ao corpo celular chamadas por Deiters de prolongação

protoplasmática e eixo cilíndrico designadas posteriormente de dendritos e

axônio, respectivamente. Desta forma, é proposta a imagem da célula nervosa

como uma célula qualquer que possui corpo celular com núcleo e citoplasma mas

caracterizada por possuir 2 tipos diferentes de prolongamentos (os dendritos:

múltiplos e ramificados e o axônio: quase sempre único.Ta1 imagem do neurônio

vai se intensificar com os trabalhos do italiano Camillo Golgi (publicados a partir

de 1885) e do espanhol Santiago Ramon y Cajal (publicados a partir de 1888)

que desenvolveram técnicas corantes para a visualização microscópica das células

nervosas. Como parte destas descobertas, segundo CHANGEUX (1985), surgem

diversas teorias e polêmicas sobre a função das células, sua organização coletiva

e comunicação que só serão definitivamente encerradas com o desenvolvimento

da microscopia eletrônica na década de 50.

2.4.2 Estrutura

O tecido nervoso é formado por dois tipos de células com funções bem

definidas. O primeiro tipo de célula é o neurônio que tem a função de receber,

processar e transmitir informações. O segundo tipo de célula é a glia que tem a

função de sustentação, isolamento, modulação da atividade neuronal e defesa

(MACHADO, 1993).

Tudo indica, segundo DAMÁSIO (2000), que os neurônios são a unidade

básica e crítica para produção de movimentos e a atividade mental. Como já dito

anteriormente, o neurônio é dividido em três partes: a corpo celular ou soma,

onde se encontram as organelas responsáveis pela manutenção da vida celular

através de vários processos metabólicos, os dendritos que recebem sinais para

serem processados pela célula e o axônio responsável pela transmissão dos sinais

integrados pela célula (pré-sináptica) para outros dendritos de outras células (pós-

sinápticas) através de uma conexão, chamada de sinapse, que pode ser elétrica ou

química (veja figura2.3).

Os neurônios formam circuitos locais que podem se organizar em camadas

ou não. Quando tais circuitos se estruturam em camadas recebem o nome de

regiões corticais e núcleo no caso contrário. A comunicação entre as regiões

corticais e os núcleos são feitas por projeções axonais formando o que chamamos

de sistemas. Quando estas linhas de comunicação, isto é, as projeções axonais, se

apresentam de forma macroscópica recebem a designação de vias.

2.4.3 Sinapses, Neurotransmissores e Neuromoduladores

As sinapses são junções entre neurônios, ou entre neurônios e efectores

(músculos ou glândulas), e são os principais lugares onde ocorre a comunicação

entre as células excitáveis (JOHNSTON & WU, 1995). Podem ser de vários tipos

(SHEPKERD, 1994), contudo a comunicação sináptica utiliza dois mecanismos

básicos: transmissão elétrica e a transmissão química.

A transmissão elétrica (ou sinapse elétrica) se realiza através do potencial

de ação do neurônio pré-sináptico para o neurônio pós-sináptico pela condução

direta, e é usada principalmente para enviar sinais de despolarização. É a forma

mais rápida de sinalização entre neurônios, sendo adequada aos comportamentos

rápidos e estereotipados, como as respostas defensivas ou de fuga (KANDEL et

al., 1997).

Já na transmissão química (ou sinapse química) a condução é mediada por

um transmissor químico que afeta as condutâncias iônicas, podendo produzir

ações excitatórias (despolarização) ou inibitórias (hiperpolarização). É mais lenta

do que a transmissão elétrica, pois o neurônio pré-sináptico tem que primeiro

liberar o neurotransmissor que irá se difundir pela fenda sináptica até se fixar nos

receptores da membrana da célula pós-sináptica. Segundo KANDEL et al. (1997),

apesar dos mecanismos de transmissão química serem mais lentos quando

comparados com os da transmissão elétrica, possuem a vantagem de que um único

potencial de ação libera milhares de moléculas de neurotransmissor permitindo,

assim, que os sinais possam ser modulados de um neurônio para o outro. Esta

plasticidade das sinapses químicas (por serem altamente modificáveis quanto a

eficiência) é um mecanismo importante na aprendizagem comportamental.

As substâncias químicas liberadas durante o processo de transmissão

química recebem o nome de neurotransmissores. Podemos citar como

neurotrasmissores: a acetilcolina, a noradrenalina, a dopamina, a serotonina, o

ácido gama-amino-butírico (GABA), diferentes aminoácidos (glutamato,

aspartato, glicina) e peptídios. Já, segundo BRANDÃO (1997), os

neuromoduladores são substâncias que influenciam atividade neuronal de forma

diferente dos neurotransmissores e se originam de células não-neuronais (por

exemplo, as células gliais), enquanto os neuromediadores são substâncias que

participam da resposta pós-sináptica ao transmissor. Como neuromoduladores

pode-se citar a amônia, o C02, a adenosina e o óxido nítrico; e como

neuromediadores pode-se citar o AMPc (monofosfato cíclico de adenosina), o

GMPc (monofosfato cíclico de guanosina) e o fosfatidilinositol.

Um fato muito importante para o modelo desenvolvido neste trabalho é

que a ação da dopamina no sistema nervoso central pode ser como um

neurotransmissor ou como um neuromodulador não-específico (KISCHKA et. al.,

1996), amplificando os sinais fortes e atenuando os sinais fracos, isto é, atuando

como uma moduladora da relação sinal ruído (COHEN & SERVAN-

SCHREBER, 1992).

Figura 2.3: Estrutura do Neurônio (fonte: KANDEL et al., 1997).

Capítulo 3

Esquizofrenia

3.1 Introdução

O Sr. X inglês, teve a sua primeira internação psiquiátrica em 1946, com a idade de 39 anos, ficou um curto tempo e retomou para o convívio familiar. Em 1948, Sr. X foi internado definitivamente. Era um homem solitário, costumava frequentar jogos de futebol, contudo, evitava qualquer contato próximo com outraspessoas. Por anos afio não trabalhava eficava em casa sem fazer nada, sendo alimentado e mantido pela sua mãe inválida. Acreditava que existia conluios contra ele e que estava em perfeita comunhão com as estrelas e os pássaros. Ouvia as vozes da Duquesa de Windsor e de jogadores de futebol famosos dizendo-lhe que tinha direito a uma pensão vitalícia. Sr. Gold é o nome de um homem que estava controlando sua mente. Alguns anos mais tarde, ainda estava em comunhão com as estrelas e dizia aos funcionários do hospital que havia uma nova estrela no céu e que isto signiJicava que o mundo pertencia a ele. Ao mesmo tempo escrevia cartas lúcidas queixando-se de ainda estar confinado em um hospital. Dez anos após a sua internação definitiva começou o tratamento com psicofármacos. Recuperou-se. Nos anos 80 estava perfeitamente normal e não mais isolado na instituição psiquiátrica. Trabalhava no depósito do hospital e enfatizava que não queria aposentar-se. Recaia quando as drogas eram suspensas ( SMITH, 1985,p. 17).

Este é um dos casos típicos descritos por SMITH (1985). Neste relato pode-

se encontrar as principais características do distúrbio psiquiátrico denominado

esquizofrenia. Tal distúrbio psicótico (isto é, com comprometimento da vida

social) é caracterizado pelo isolamento afetivo, sentimentos antagônicos

simultâneos, distúrbios de pensamento, delírio e alucinações, dentre outros

sintomas. Existem muitos esforços empenhados na tentativa de esclarecer o que é,

como se processa e qual o tratamento adequado para a esquizofrenia. A única

grande certeza é que o mistério da origem (ou das origens) e dos mecanismos da

esquizofrenia ainda não foram totalmente explicados.

3.2 Histórico, Conceituação e Classificação

As primeiras tentativas de descrições sistemáticas dos sintomas relacionados

a esquizofrenia são observadas nos trabalhos psiquiátricos do sec. XIX. Desta

forma, descrições parciais são encontradas nos trabalhos de Benedict Morel, Karl

Kahlbaum e Ewold Hecker (LOUZÃ NETO, 1995). Sob um ótica mais flexível,

podemos encontrar descrições fragmentadas em textos antigos tanto dos gregos

quanto dos hindus (SMITH, 1985).

Em 1896, Emil Kraepelin apresenta uma nosografia psiquiátrica que reúne

quadros de catatonia (estupor associado à acentuada rigidez ou flexibilidade

muscular), hebefrenia (hoje, uma forma crônica de esquizofrenia) e demência

paranóide (sintomas semelhantes a paranóia que progrediam para um transtorno

de curso deteriorante) sob a designação latina dementia praecox. O termo em

francês (demense precose) já fora utilizado por Morel para designar distúrbios

referentes a pacientes com deterioração profunda que se iniciavam na

adolescência (KAPLAN et al. 1997).

Em 1908, com a publicação da monografia Demência Precoce ou Grupo

das Esquizofrenias por Engen Bleuler (BLEULER, 1950) o termo esquizofrenia

(do grego: qqt<o = cindido, e zqp~v= mente) é sugerido como substituto do

termo dementia praecox, já que fora observado que a esquizofrenia não se instala

somente numa faixa etária baixa, como também não ocorria uma demência no

sentido estrito da palavra, mas sim alterações na esfera afetiva e conativa da

personalidade, isto é, urna cisão entre pensamento, emoção e comportamento.

Cabe ressaltar que não se deve interpretar o transtorno psicótico designado pelo

termo esquizofrenia como significando uma personalidade dividida, cuja a

designação técnica atual e transtorno dissociativo de personalidade conforme

descrito no Manual de Diagnóstico e Estatístico de Transtornos Mentais (DSM-

Jw. O Conceito atual de esquizofrenia, segundo SPOERRI (1988), deve-se a

diversos teóricos e pesquisadores tais como: Adolf Meyer (que acreditava ser a

esquizofrenia, entre outros distúrbios, uma reação a uma vasta gama de estímulo

estressantes), Harry Stack Sullivan (que ressaltava o isolamento social como causa

e sintoma da esquizofrenia), Gabriel Langfeldt (que classificou os pacientes com

sintomas psiquiátricos em dois grupos: com esquizofrenia verdadeira e com

psicose esquizofreniforme) e Kurt Scheider (que ressaltava a dificuldade de um

diagnóstico preciso).

Resumidamente, podemos conceituar a esquizofrenia como um distúrbio

psiquiátrico complexo que se caracteriza por baixa afetividade, perda de contato

com a realidade, alucinações, etc. , cujapatogênese é multifatorial: ação conjunta

de causas coadjuvantes psíquicas (caracterológicas, familiares, sociais) e

somáticas, sobre a base de uma constituição herdada (SPOERRI, 1 98 8,p.%).

Devido a sua complexidade, a esquizofrenia apresenta diversas

classificações que sofieram influências diretas da abordagem conceitual de

teóricos e de pesquisadores, variando, assim, conforme os países e escolas.

BLEULER (1950) classificou os sintomas da esquizofrenia em

fundamentais (ou primários) e acessórios (ou secundários). Os fundamentais

seriam específicos da esquizofrenia, enquanto os acessórios poderiam ocorrer em

19

outros quadros psiquiátricos. Assim, a classificação dos sintomas seria: sintomas

fundamentais ou primários (distúrbios de associação do pensamento; distúrbios de

afetividade; ambivalência de afetividade e de vontade; autismo) e sintomas

acessórios ou secundários: (alterações sensoperceptivas -alucinações-; delírios;

sintomas catatônicos; alterações de memória e de atenção).

Alguns autores, segundo LOUZÃ NETO (1995), consideram os sintomas

fundamentais e primários como sinônimos (da mesma forma com sintomas

acessórios e secundários), enquanto outros citam que Bleuler salientava não existir

uma superposição entre sintomas primários e fundamentais ou secundários e

acessórios. A distinção seria que os sintomas primários são decorrente diretamente

de um processo mórbido cerebral, enquanto os secundários se originam de uma

reação do psiquismo a esse processo mórbido.

Kurt Schneider (SCHNEIDER, 1980) definiu a classe dos sintomas em dois

tipos: os de primeira ordem e os de segunda ordem. Os sintomas de primeira

ordem são indicativos de esquizofrenia exceto nos casos que exista uma causa

orgânica. Enquanto os sintomas de segunda ordem seriam menos sugestivos na

indicação da presença do que se entende por esquizofrenia. Desta forma os

sintomas de primeira e segunda ordens são: primeira ordem: sonorização do

pensamento; alucinações auditivas na forma de vozes; alucinações auditivas na

forma de vozes que dialogam entre si; percepção delirante (o esquizofrênico

percebe um objeto além do seu significado comum); vivência de influência

corporal (o esquizofiênico sente-se influenciado pelo seu próprio corpo por uma

"força" que lhe parece de origem externa); roubo ou subtração do pensamento;

difusão do pensamento (o esquizofrênico acredita que as pessoas estão

20

adivinhando o que ele está pensando); vivência de influência no domínio dos

sentimentos, tendências e vontade; segunda ordem: intuição delirante;

perplexidade; vivência de empobrecimento afetivo; disposições de ânimo

depressivas ou maníacas; outros sintomas e outros distúrbios sensoperceptivos.

Através de estudos com tomografia computadorizada (ARNOLD et al.,

1996) observou-se um alargamento dos ventrículos e atrofia cortical em um

subgmpo de pacientes esquizofrênicos crônicos. Tais estudos sugerem uma

relação entre a esquizofrenia e as anormalidades estruturais ou funcionais do

sistema nervoso. Baseado em observações similares, porém bem anteriores aos

estudos citados acima, CROW (1 980) formulou a hipótese de que a esquizofienia

pode ser composta por duas síndromes independentes: a esquizofrenia de tipo I

(devido a uma hiperfunção dopaminérgica) e a de tipo I1 (devido a alterações da

estrutura do cérebro). Esta proposta tenta ampliar a dicotomia entre sintomas

positivos e sintomas negativos.

Entendemos como sintomas positivos exageros e distorções de certas

funções cognitivas. Basicamente os sintomas positivos podem ser divididos em

duas classes: alucinações e delusões (delusion). As alucinações (experiências

sensórias que ocorrem sem qualquer estímulo externo sobre os órgãos dos

sentidos) podem ser cinestésicas, gustativas e olfativas, visuais e auditivas. As

delusões (falsas crenças que são mantidas, de modo firme, mesmo que a realidade

social as contradigam) são classificadas em: delusão de referência, de

interpretação, de influência, de perseguição, de grandeza, de ciúmes, etc.

Já os sintomas negativos correspondem a perda ou diminuição de certas

funções cognitivas. São normalmente classificados em quatro grupos: alogia

2 1

(ausência de fala), falta ou escassez de afetividade, anedonia (ausência de prazer

em atos que são normalmente agradáveis) e deterioração da atenção.

De uma forma geral o tipo I corresponde a esquizofrenia aguda que

apresenta uma boa resposta aos neuropeptídeos típicos tendo uma manifestação

relevante de sintomas positivos e cuja a etiopatogenia está relacionada ao aumento

dos números de receptores de dopamina. Já o tipo I1 corresponde a esquizofrenia

crônica que apresenta uma resposta pobre aos neuropeptídeos típicos tendo uma

manifestação relevante de sintomas negativos. Além disso, os pacientes com

esquizofrenia do tipo I1 podem apresentar comprometimento intelectual e a

etiopatogenia normalmente está relacionada com a perda de células e mudanças

estruturais do cérebro (veja tabela 3.1).

Sintomas Positivos

(exageros ou distorção de funções)

Esquizofrenia aguda

Boa resposta aos neuropeptídeos típicos,

possivelmente devido ao aumento dos

receptores de dopamina

Nenhum comprometimento intelectual

Etiopatogenia: aumento dos números de

receptotes de dopamina

Sintomas Negativos

(perda ou diminuição)

Esquizofrenia crônica

Resposta pobre aos neuropeptídeos

típicos

Transtorno irreversível

Etiopatogenia: perda de células e

mudanças estruturais no cérebro

Tabela 3.1: Comparação entre a esquizofrenia tipo I e a tipo 11, segundo

CROW (1980).

Cabe ressaltar que alguns autores (HERZ (1997), por exemplo) propõem

uma terceira categoria de sintomas além do positivo e negativo. Esta categoria é

chamada de sintomas de desorganização e é dividida em desorganização de

falalpensamento, de comportamento e de afetividade.

3.3 Sintomatologia, Diagnóstico & Epidemiologia

Segundo a quarta edição do Manual Diagnóstico e Estatístico de

Transtornos Mentais (DSM-IV) da Associação Americana de Psiquiatria

(AMERICAN PSYCHIATRIC ASSOCIATION, 1994), o diagnóstico da

esquizofienia está baseado nos seguintes critérios: sintomas característicos

(delírios, alucinações, discurso desorganizado, etc.); disfunção social/ocupacional;

duração; exclusão de transtornos esquizoafetivos; exclusão de substâncias1

condição médica geral; relação com um transtorno evasivo do desenvolvimento. O

DSM-IV também classifica a esquizofrenia nos segundos subtipos:

Paranóide: o paciente apresenta preocupação com um ou mais delírios ou

alucinações auditivas frequentes e não apresenta de forma proeminente

os seguintes sintomas: discurso desorganizado, comportamento

desorganizado ou catatônico, ou afeto embotado ou inadequado;

Desorganizado: o paciente apresenta de forma proeminente os seguintes

sintomas: discurso desorganizado, comportamento desorganizado e afeto

embotado ou inadequado; além de não satisfazer os critérios do tipo

catatônico;

ocatatônico: é dominado por, pelo menos, dois dos seguintes sintomas:

1)imobilidade motora evidenciada por cataplexia; 2)atividade motora

excessiva; 3)extremo negativismo ou mutismo; 4)peculiaridades do

movimento voluntário evidenciadas por posturas, movimentos

estereotipados; 5)ecolalia ou ecopraxia;

~Indiferenciado: os sintomas satisfazem o critério a) (sintomas

característicos) descrito no DSM-IV mas não satisfazem os critérios dos

tipos paranóide, desorganizado ou catatônico;

l Residual: os critérios satisfeitos são: a)ausência de delírios e alucinações

proeminentes, discurso desorganizado e comportamento amplamente

desorganizado ou catatônico; b)existem evidências contínuas da

perturbação, indicada pela presença de sintomas negativos ou dois ou

mais sintomas relacionados no critério a) (sintomas característicos)

descrito no DSM-IV.

A maior causa de hospitalização psiquiátrica nos dias atuais é a

esquizofrenia. Gira em tomo de 1% da população geral o número de pessoas

atingidas por este distúrbio na sua forma mais grave. Entretanto, se considerarmos

a forma mais branda da esquizofrenia esta porcentagem ficaria na faixa de 3% a

5%. Apesar da gravidade apresentada pelos pacientes afetados pela esquizofrenia,

somente metade da população de todos os pacientes esquizofrênicos (dos Estados

Unidos) recebe tratamento adequado (BRANDÃO & GRAEFF, 1997).

A esquizofi-enia tem igual prevalência em homens e mulheres. Contudo, há

diferenças no início e no curso deste distúrbio. Alguns autores, segundo TSUANG

& WU (1996), atribuem às diferenças hormonais a responsabilidade do início

24

diferenciado entre homens e mulheres. As idades de maior incidência nos homens

são de 15 a 25 anos, enquanto nas mulheres, de 25 a 35 anos. Ocorre ainda que o

início da esquizofrenia antes de 10 ou após 50 anos é extremamente raro. Tal

observação pode ser caracterizada pelo fato que a maioria dos pacientes (em tomo

de 90%) está na faixa de 15 a 55 anos (AMERICAN PSYCHIATRIC

ASSOCIATION, 2000).

É observado que os indivíduos esquizofrênicos nasceram, mais

provavelmente, no inverno (ou início da primavera). Alguns estudos, segundo

TSUANG & FARAONE (1996), sugerem que um vírus ou uma mudança na

dieta alimentar poderiam ser um hipótese plausível para explicar tal observação.

Uma outra hipótese é que os indivíduos com predisposições genéticas para

esquizofrenia teriam uma vantagem biológica que permitiria uma maior

capacidade de sobrevivência as agressões naturais da estação (inverno, no caso).

Não é observada uma distribuição homogênea da esquizofrenia pelo planeta.

Contudo, é observado que certas regiões têm uma prevalência anormalmente alta.

Tal observação sugere que uma causa infecciosa para esquizofrenia explicaria

esses bolsões geográficos (KAPLAN et al., 1997).

Cerca de 50% de todos os pacientes com esquizofrenia tentam o suicídio

pelo menos uma vez durante as suas vidas, e 10% a 15% deles morrem por

suicídio durante os 20 anos subseqüentes a tentativa. Desta forma, suicídio é

considerado uma causa comum de morte entre os pacientes esquizofrênicos

(LOUZÃ NETO, 1995).

3.4 Etiopatogenia da Esquizofrenia

De acordo com ANDREASEN (1994), as pesquisas dos mecanismos da

esquizofrenia usualmente empregam um dos três possíveis modelos (no sentido

conceitual, e não matemático-computacional) explicativos: modelos de um única

doença, modelos de múltiplas doenças e modelo multidimensional ou

multisistêmico.

A classe dos modelos de uma única doença assume que a esquizofrenia é

produzida por um único mecanismo que produz diversas manifestações. Esta

classe possui duas variantes: a primeira assume a existência de um único processo

que produz múltiplas lesões cerebrais, e a segunda assume a existência de uma

única lesão que pode produzir múltiplas manifestações.

A classe dos modelos de múltiplas doenças assume que a esquizofrenia é

um grupo de desordens. Tais desordens apresentam mecanismos e etiologias

heterogêneas. De acordo com esta visão a esquizofrenia é similar ao retardo

mental (mental retardation) que é uma síndrome que possui etiologia heterogênea,

isto é, algumas formas de retardo mental tem etiopatogenia puramente genética e

outras puramente ambientais. Esta classe de modelos é a mais amplamente aceita

e possui evidências substanciais.

A classe dos modelos multidimensionais emerge dos estudos analíticos

sobre a classificação dos sintomas em positivos e negativos. Estudos utilizando

análise fatorial (técnica estatística usada para reduzir um grande número de

variáveis para um número menor de combinações lineares de variáveis) sugerem

que os fatores positivos poderiam ser subdivididos em dois grupos: sintomas

psicóticos (ou positivos) e sintomas de desorganização (ARNDT &

ANDREASEN, 1991). Desta forma teríamos 3 dimensões (segundo os estudo de

análise fatorial): as duas primeiras referente aos sintomas psicóticos e de

desorganização e a terceira referente aos sintomas negativos. Assim, o modelo

multidimensional sugere que as três dimensões já citadas podem refletir diferentes

processos de enfermidades.

Estas três classes de modelos é que dão suporte para as hipóteses sobre os

mecanismos da esquizofrenia. Tais mecanismos são categorizados em quatro

grupos: mecanismos de neurodesenvolvimento, mecanismos baseados em

circuitos neurais, mecanismos genéticos e moleculares, e mecanismos quírnico-

anatômico (ANDREASEN & BLACK., 1995).

3.4.1 Hipótese Dopaminérgica

3.4.1.1 Características Gerais do Sistema Dopaminérgico

O sistema dopaminérgico (DA) é formado por três subsistemas: sistema

nigroestriatal, sistema mesolímbico e sistema mesocortical (veja figura 3.1). O

sistema nigroestriatal projeta-se da substância negra do mesencéfalo até o

neoestriatum, isto é, até os núcleos caudato e putâmen. O sistema mesolímbico

(veja figura 3.1) projeta-se da parte ventral do tegmento mesencefálico e da

substância negra para o núcleo accumbens, septo lateral, amígdala e tubérculo

olfatório.

O sistema mesocortical tem seus corpos celulares principalmente no

tegmento do mesencéfalo e projeta-se para o córtex pré-frontal, núcleo

accumbens, septo lateral e tubérculo olfatório. Os três subsistemas formam o

sistema mesotelencefálico. Ainda existe o sistema diencefálico que é constituído

por vias curtas, sendo a mais importante a via tubero-infundibular que projeta-se

do núcleo arqueado para a eminência média do hipotálamo ( B R A ~ Ã O &

GRAEFF, 1 997).

Vias Dopaminérgicas Vias Dopaminérgicas (Nigroestriatal) (mesolímbico e mesocortical)

Figura 3.1: Vias Dopaminérgicas nigroestriatal, mesolímbica e mesocortical.

3.4.1.2 Classificação dos Receptores

Um receptor é na realidade uma proteína receptora específica para um

deteirninado neurotransmissor. O receptor está, em geral, na face externa da

membrana pós-sináptica, ligado como grupo protéico a uma molécula protéica que

atravessa a espessura de toda a membrana celular. Quando ocorre uma ligação

química entre um neurotransmissor e um receptor, normalmente, desenvolve-se

uma alteração conformacional da estrutura da molécula proteica que pode

ocasionar uma excitação ou uma inibição da célula. Tal estímulo pode produzir

alteração da permeabilidade da membrana celular a um ou mais íons ou ativar (ou

inativar) uma enzima fixada na outra extremidade da proteína receptora. Os

receptores dopaminérgicos podem ser divididos em várias subclasses: receptores

D1 e D5 (localizados no córtex), receptores D2 (localizados mais

proeminentemente nas estruturas límbicas e estriatais e podem estar presente no

córtex, porém em baixa densidade) e receptores D3 e D4 (limitados às áreas

límbicas e corticais). Uma outra classificação agrupa os receptores em dois

gmpos: os receptores D1 e D5 que estimulam a formação do monofosfato de

adrenosina cíclica (AMPc) ativando a proteína Gl e D2 , D3 e D4 que inibem a

formação do monofosfato de adrenosina cíclica pela ativação da proteína G.

3.4.1.3 Mecanismo Básico de Síntese e Degradação da Dopamina

A dopamina é uma das três catecolaminas (os outros dois neurotrasmissores

são a noradrenalina e a adrenalina) sintetizadas a partir do aminoácido tirosina.

Após a sua produção a dopamina é armazenada nas vesículas sinápticas e, depois,

liberada para a fenda sináptica na despolarização do terminal axônico. As ações da

dopamina podem ser interrompidas por dois procedimentos gerais: a captação,

onde é levada de volta ao neurônio; e a metabolização pela monoaminoxidaxe

(MAO) e pela catecol-O-metiltransferase (COMT). Genericamente o mecanismo

básico de síntese e degradação da dopamina descrito acima pode ser dividido em 6

processos (KANDEL, 1993): síntese enzimática, armazenagem nas vesículas

sinápticas, liberação, atuação nos receptores, captação e degradação. Várias

substancias psicoativas podem interferir nestes mecanismos como antagonistas ou

agonistas, veja a tabela 3.2 :

Síntese Enzimática L-Dopa I Aumenta a síntese I Armazenagem

Liberação

Interação

Captação

Degradação

Reserpina Interfere no armazenamento

Anfetamina Estimula a liberação de dopamina

Antipsicóticos Bloqueia a recepção e a

autorecepção

Cocaína Inibe a captação

Pargyline Inibe a degradação

Tabela 3.2: Influência de substâncias psicoativas no mecanismo de síntese e

degradação da dopamina.

3.4.1.4 A Hipótese Básica

A hipótese dopaminérgica básica é que a esquizofrenia é resultado de uma

demasiada atividade dopaminérgica. Esta hipótese esta apoiada em duas

observações principais:

a eficácia e a potência dos antipsicóticos (exceto a clozapina) estão

correlacionadas com sua capacidade de atuar como antagonista dos receptores

dopamínicos do tipo D2; OU em outras palavras: as drogas que bloqueiam os

receptores dopamínicos tem ação antipsicótica;

as substâncias farrnacológicas que aumentam a atividade dopaminérgica

(principalmente a anfetamina) são psicotomiméticas, isto é, imitam a

30

ocorrência natural da psicose podendo induzir sintomas psicóticos em pessoas

não-esquizofrênicas.

De acordo com (BRANDÃO & GRAEFF, 1997) existem algumas restrições

(a nível conceitual e clínico) à hipótese dopaminérgica da esquizofrenia:

é difícil extrapolar a partir da observação do mecanismo de ação de um agente

terapêutico para processos fisiopatológicos;

são ainda escassas as evidências diretas que demonstram o aumento da

atividade dopaminérgica na esquizofrenia;

existe uma dissociação temporal entre os efeitos bioquírnicos e terapêuticas

dos antipsicóticos, isto é, enquanto os efeitos bioquírnicos são imediatos o

curso temporal do efeito terapêutico dura algumas semanas.

A hipótese dopaminérgica básica tem sofrido vários refinamentos dentre os

quais podemos citar os estudos realizados por GRAY & FELDON (1993) que

tentam reconciliar resultados conflituosos que surgem da hipótese básica. A

principal idéia defendida é que a "causa possível" para a esquizofrenia está na

regulação cortical dos sistemas dopaminérgicos subcorticais.

3.4.2. Hipótese Serotoninérgica

A serotonina é um neurotransmissor também conhecida como 5-

hidroxitriptamina (5-HT) da família das arninas biogênicas. As vias

serotoninérgicas do sistema nervoso central tem origem na ponte superior e no

mesencéfalo (núcleos mediano e dorsal da rafe, locus ceruleus caudal, área

prostema e área interpeduncular) projetando-se para os glânglios da base, sistema

límbico e córtex cerebral. São conhecidos atualmente 4 tipos e 4 subtipos de

3 1

receptores de serotonina (KAPLAN et al., 1997). Os 4 tipos são: 5-HT1,5-HT2 ,5-

HT3 e 5-HT4 ; e os 4 subtipos referentes ao 5-HT1 são: 5-HTIA, 5-HTlB ,5-HTlc e

5-HTID. Alguns autores apresentam uma classificação diferente e ampliada

(IQBAL & VAN P W G , 1995).

A importância do estudo detalhado dos receptores está na possibilidade do

desenvolvimento de drogas seletivas com efeitos terapêuticos. Desde a década de

50 são realizados estudos comparativos entre os efeitos do LSD (alucinações, por

exemplo) e certos sintomas psicóticos da esquizofrenia. Tais estudos são

motivados pelo fato de o LSD ser um antagonista de serotonina e seus efeitos são

considerados como reflexo do déficit de serotonina no sistema nervoso central.

Contudo, a hipótese que associa o déficit serotoninérgico a patogênese da

esquizofrenia foi enfraquecida com a descoberta de substâncias que são potentes

antagonistas de serotonina e não possuem propriedades alucinógenas. Além disso,

foram descobertas, também, propriedades agonistas do LSD (além das

propriedades antagonistas, há muito conhecidas).

Atualmente, segundo BRANDÃO & GRAEFF (1997), há um ressurgimento

da hipótese serotoninérgica, isto é, a hipótese que certos componentes da

esquizofrenia podem ser causados pelo aumento da atividade serotoninérgica. Tal

ressurgimento está baseado no fato que novas drogas que inibem vários subtipos

de receptores de serotonina podem ter um efeito terapêutico na esquizofrenia.

Estudos relativamente recentes (IQBAL & VAN PRAAG, 1995) apontam

para uma hipótese combinada da atuação conjunta da serotonina e dopamina, isto

é, parece existir uma interação complexa entre o sistema dopaminérgico e o

sistema serotoninérgico na patogênese da esquizofrenia. A partir desta nova

3 2

hipótese pesquisadores tem procurado desenvolver compostos que bloqueiam

tanto receptores D2 como 5-HT2 , visando o tratamento conjunto dos sintomas

positivos e negativos da esquizofrenia.

Com as modernas técnicas de imagens cerebrais (tomografia

computadorizada -TC-, imagem por ressonância magnética -1RM-, espectroscopia

por ressonância magnética -ERM-, tomografia por emissão de pósitrons -TEP-)

foi possível realizar estudos da anatomia e de certos parâmetros do neocórtex in

vivo. Pode-se dividir a análise de imagens computadorizada do cérebro em duas

categorias: as que mostram anormalidades funcionais e as que mostram

anormalidades estruturais. As técnicas que mostram as anormalidades

igura 3.2: Ventrículos de uma pessoa normal (esquerda) e ventrículos

os de uma pessoa com esquizofrenia (fonte: University of

Digital Anatomist Program).

Figura 3.3: PET com a média do fluxo sanguíneo de pacientes durante

alucinações auditivas (fonte: F

estruturais são a tomografia computadorizada e a imagem por ressonância

magnética. Através destas técnicas foi possível observar, em esquizofrênicos,

aumento dos ventrículos (como mostrado na figura 3.2) sugerindo uma redução do

tecido cerebral, redução do volume do cérebro e da massa cinzenta, redução do

tálamo e aumento dos glânglios da base (FLAUM et al., 1994). Já com as técnicas

que mostram as anormalidades funcionais (a espectroscopia por ressonância

magnética e a tomografia por emissão de pósitrons) pode-se observar (em

pacientes com esquizofrenia) a hipofrontalidade (discutida a seguir), os circuitos

envolvidos nas alucinações (figura 3.3) e a inatividade do córtex cingulato

(durante a realização de tarefas linguisticas) (F TH et al., 1995).

: Área de associação pré-frontal (fonte: fontc:University oE

ton Digital Anatomist Program).

Apesar de existir, segundo TAYLOR (1995), muitos dados conflituosos,

alguns resultados foram consistentes com diversos estudos e metodologias. Um

desses resultados é a existência de uma hipoatividade no córtex frontal (figura

3.4), isto é, um decréscimo do fluxo sanguíneo nos lobos frontais do cérebro

(figura 3.5). Esta hipoatividade é observada principalmente durante a realização

de testes de desempenho dos lobos frontais, isto é, testes que exigem

planejamento sequencial e utilização da memória de trabalho (working memory).

Esta hipoatividade é a base da hipótese da hipofrontalidade, em outras palavras, a

hipótese é que o hipometabolismo do córtex pré-frontal correlaciona-se

positivamente com a severidade do quadro clínico dos pacientes esquizofrênicos

(BRANDÃO & GRAEFF, 1997, p. 7 1).

Figura 3.5: Imagem mostrando que os esquizofrênicos não tem o fluxo

sanguíneo aumentado nos lobos frontais durante a realização de testes

cognitivos.(fonte:FLA

O distúrbio de pensamento presente na esquizofrenia foi inicialmente

observado por BLEULER (1950) e tem uma longa tradição de pesquisa descrito

em termos da psicologia da associação e estudado através do teste de associações

de palavras (SPITZER, 1997; COHEN & SERVAN-SCHREIBER., 1993). O

DSM-IV (AMERICAN PSYCHIATRIC ASSOCIATION ,1994) descreve o

distúrbio de pensamento como : distúrbio do pensamento formal: pertubação na

forma do pensamento, não em seu conteúdo; pensamento caracterizado por

afrouxamento de associações, neologismos e construções ilógicas ... (KAPLAN et

al., 1997, pp.293). KAPLAN et al. (1986) afirmam que distúrbio de pensamento

no esquizofrênico é um dos aspectos mais característicos da enfermidade e exibe

no ordenamento de seus conceitos um defeito semelhante à perda da relação

figura-fundo no desempenho perceptivo. Ainda, segundo KAPLAN et al. (1986),

o esquizofrênico é mais dependente dos estímulos imediatos e mais determinado

por eles em seu comportamento do que por objetivos a longo prazo, além de estar

sujeito a intempções no curso do pensamento subitamente e sem aviso.

MAHER (1983) afirma que uma maneira de investigação dos distúrbios de

pensamento nos esquizofrênicos é através da análise de suas elocuções. Várias

anomalias são observáveis nos esquizofrenicos com distúrbio de pensamento:

repetição de unidades Lingüísticas, que pode ser de frases, palavras ou sílabas;

intrusão associativa, que pode ser da forma de uma cadeia de simples

associações ou intrusões espasmódicas e esquema de palavras, onde as

produções escritas seguem um esquema ou padrão guiado por letras, números ou

sons. MAHER (1983) também sugere que o problema com a elocução dos

esquizofkênicos (com distúrbio de pensamento) provavelmente ocorre por uma

disfunção no processo de associação. Estudos recentes (ALOIA et a1.,1998)

reforçam esta idéia que a disfunção no processo de associação de palavras poderia

resultar na desorganização da fala.

3.6 Modelos Computacionais para Esquizofrenia

Existem dois modelos computacionais mais significativos para alguns

aspectos da esquizofrenia. É observável que tais modelos são restritos a um

domínio e com grande abstração da parte biofísica e neuroquímica, comum nos

modelos da ciência cognitiva.

3.6.1 Modelos de Cohen e Servan-Schreiber

Cohen e Servan-Schreiber (COHEN et al., 1992, 1993 e 1994)

desenvolveram vários modelos computacionais (mais especificamente: modelos

conexionistas) que modelaram os resultados observados em diversos testes

neuropsicológicos dentre os quais três se destacam: o experimento de Stroop, o

teste de desempenho contínuo e o teste de disambigüidade léxica. O experimento

de Stroop é o teste mais antigo para mostrar a interferência entre duas

modalidades de sensação visual (figura 3.6). O teste consiste em duas subtarefas:

a) nomear a cor da tinta em que uma palavra (nome de uma cor) esta escrita; b) ler

em voz alta uma palavra (nome de uma cor) enquanto ignora a cor em que ela esta

escrita.

Por exemplo, pode-se ter a palavra VERMELHO escrita com tinta azul, e

solicita-se que o sujeito que está sendo submetido ao teste diga a cor em que a

palavra VERMELHO está escrita (subtarefa a) ou solicita-se que leia a palavra

VERMELHO em voz alta (subtarefa b).

O teste utiliza três tipos de estímulos: de conflito, congruente e de controle.

No estímulo de conflito o nome da tinta e a cor em que ela está escrita são

3 8

diferentes, por exemplo a palavra VERMELHO escrita em azul. No estímulo

congruente o nome da cor é escrita com a própria cor, por exemplo a palavra

VERMELHO escrita em vermelho. Já no estímulo de controle teremos nome de

cores ou seqüências de XXX escritas em preto. É observado pelo experimento de

Stroop que é mais fácil ler a palavra ignorando a sua cor do que ignorar a palavra

e nomear a cor da tinta em que ela está escrita. Em termos de tempo de resposta

pode-se observar que: gasta-se menos tempo para ler uma palavra do que nomeá-

la; a cor da tinta em que a palavra está escrita não afeta a velocidade da leitura; e

finalmente, as palavras tem um grande efeito sobre a nomeação das cores. Tais

observações estão refletidas no tempo de resposta aos diversos tipos de estímulos.

Quando aplicados em esquizofrênicos (normalmente crônicos e na maioria dos

relatos do tipo 11) apresentam resultados indicando um desempenho

significativamente pior do que observado em pessoas normais. Tais resultados

reforçam a tese de que o maior déficit cognitivo na esquizofrenia é a falta da

atenção seletiva, mostrando um envolvimento deficitário do córtex pré-frontal.

O Teste de Desempenho Contínuo visa verificar o funcionamento do córtex

pré-frontal, especialmente a atenção. Consiste em uma tarefa experimental que

envolve a identificação rápida de um objetivo e a retração de uma resposta ao

estímulo de distração, por exemplo, detectar a letra X que aparece em uma

seqüência de letras ou sinalizar toda vez que um X é seguido de uma letra A.

Objetiva a avaliação da acuidade e da latência das respostas. Os esquizofrênicos

também apresentam um desempenho pobre em relação ao grupo de controle. O

Teste de Disambiguidade Léxical requer a seleção de um significado

contextualmente correto de uma palavra potencialmente ambígua. Por exemplo,

3 9

na frase "The farmer needed a new pen for his cattle", os esquizofrênicos

interpretam (mais frequentemente) a palavra pen como instrumento de escrita do

que as pessoas normais. Em outras palavras, os esquizofrênicos tendem a

interpretar (acessar) o significado dominante (usual) ao invés de utilizar o

significado menos usual porém claro dentro do contexto.

Cohen e Servan-Schreiber concentraram suas pesquisas na tentativa de

explorar a relação entre o déficit cognitivo e as anomalias biológicas encontradas

em alguns pacientes esquizofrênicos. Sugerem que o déficit no desempenho de

tarefas que requerem atenção seletiva e processamento da linguagem podem ser

resultados de distúrbios biológicos envolvendo o córtex pré-frontal e o sistema

dopaminérgico mesocortical. Simularam os padrões de desempenho de pessoas

normais e esquizofrênicas, observando que a diferença entre os desempenhos

poderiam ser explicadas por um simples déficit funcional, isto é, por um distúrbio

na representação interna do contexto. Este déficit na representação interna do

contexto poderia ser explicada por um distúrbio biológico específico: redução nos

efeitos da dopamina no córtex pré-frontal. Em termos de modelagem, associaram

um parâmetro particular denominado ganho para simular o efeito

neuromodulatório da dopamina a nível celular. Os modelos, segundos os autores,

permitem testes das variáveis biológicas.

RESPONSE

&' red gieen ' b w K & RED GREEN

INK COLOR Color Word Namlng Reedlng WORD

TASK DEMAND

Figura 3.6: Topologia da rede do experimento de Stroop.

Cohen e Servan-Schreiben assumem que sua argumentação está calcada em

quatro componentes: desempenho de esquizofrênicos em uma variedade de tarefas

cognitivas indica um decréscimo da habilidade de usar o contexto na escolha de

um comportamento apropriado; córtex frontal está diretamente envolvido (e é

necessário) na representação interna (e em sua manutenção) de informações

contextuais; a esquizofrenia está associada com anomalias do córtex frontal; e a

função normal do córtex frontal está intimamente associada a atividade do sistema

dopaminérgico mesocortical, que também parece estar afetado na esquizofrenia.

Devemos ressaltar que uma representação interna de contexto significa ter

uma informação na mente de tal forma que pode ser imediatamente usada em

resposta a um comportamento apropriado, por exemplo, um conjunto de

instruções para a realização de uma tarefa, um estímulo inicial específico ou

resultado de uma seqüência de processamento de um estímulo inicial. Pode ser

dissociada da memória de curto-prazo. Cabe lembrar que alguns esquizofrênicos

apresentam desempenhos normais em tarefas que se utilizam da memória de

curto-prazo e déficit em tarefas baseadas na representação interna de contexto. Os

modelos conexionistas descritos por Cohen e Servan-Schreiber utilizam o

aprendizado por backpropagation e a função de ativação das unidades é a

sigmóide. As críticas aos modelos Cohen e Servan-Schreiber estão calcadas no

fato dos modelos não terem nenhuma correlação neuroanatômica e serem modelos

funcionais, isto é, modelam funções cognitivas.

3.6.2 Modelo de Hoffman & Dobscha

O modelo de HOFFMAN & DOBSCHA (1989) utiliza a rede Hopfield e

tem o foco de atenção na geração dos sintomas positivos observados nos

esquizofrênicos. O objetivo é modelar os efeitos da poda (over-pruning) no

córtex cerebral na tentativa de explicar um possível mecanismo de

desenvolvimento anormal subjacente a esquizofrenia.

Basicamente está calcado nos primeiros dados relacionados a hipótese da

hipofrontalidade, poda sináptica e disfunções que parecem surgir durante o

neurodesenvolvimento. A hipótese assumida por Hoffman e Dobscha é que uma

poda patológica no córtex frontal daria origem aos sintomas positivos da

esquizofrenia. Esta hipótese foi testada numa rede formada por 100 unidades

organizadas em uma matriz 1 O x 10.

A regra de poda (denominada pelos autores de axonal pruning rule) tenta

implementar a situação onde neurônios competem uns com os outros para serem

conectados entre si. Os autores tentam implementar assim o danvinismo neural. A

regra pega um determinado coeficiente (coeficiente de poda) e multiplica-o pela

distância física entre duas unidades conectadas; se o resultado for maior que o

peso sináptico da conexão então a conexão é podada. De forma mais precisa: a

conexão da unidade i para unidade j é podada se wij < ( p x a distância entre as

unidades i e j), onde p é o coeficiente de poda variando de 0.6 a 1.0 :

então pode o axônio xy -+v. A rede é usada para armazenar padrões aleatórios antes do início do

processo de poda. Com a poda os autores observaram que surgiam saídas

estranhas não relacionadas com os padrões de entrada, que certas subpopulações

de neurônios pareciam ter um comportamento autônomo e certos "módulos "

produziam um padrão de saída fixo não relacionado a nenhuma entrada ou

memória existente anteriormente. Tal região recebeu o nome de parasiti foci .

Os autores também argumentam que quando o parasitic foci surge em uma

rede biológica pode gerar padrões coerentes de disparo neuronal que dependendo

da localização anatômica pode gerar um ou mais dos diversos sintomas positivos

da esquizofrenia. Um problema com o modelo, segundo REID (1993), é o fato do

modelo não explicar o efeito dos neurolépticos na redução dos sintomas positivos

nem modelar de forma mais plausível os processos de neurodesenvolvimento.

Capítulo 4

O Efeito de "Priming" Semântico

4.1 Introdução

Este capítulo tem dois objetivos principais: definir o efeito de priming,

especialmente o priming semântico (semantic priming), realizando uma revisão

bibliográfica sobre o tema, explicitando as teorias e mecanismos que tentam

explicar tal efeito; e, apresentar uma análise do efeito de priming semântico nos

sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de pensamento destacando as

particularidades deste fenômeno que o tomam relevante como objeto de

investigação e modelagem.

4.2 Definição de Priming e Priming Semântico

O experimento de priming é definido, segundo DORAN & PAROT

(1998) como

técnica frequentemente utilizada em psicologia cognitiva experimental que geralmente compreende três fases: a apresentação de um estímulo (palavra, fisionomia, imagem) chamado disparador, um intervalo de tempo durante o qual se apresentam estímulos complementares ou simplesmente nada (intervalo interestímulo) e, por fim, um segundo estímulo (objetivo). Na maioria dos casos a tarefa do sujeito consiste em categorizar ou denominar o objetivo, ou, ainda, decidir se se trata ou não de uma palavra c..) (DORAN & PAROT, 1998, pp.609).

e o efeito ou fenômeno depriming e definido como:

Diz-se que há efeito de priming se a apresentação do primeiro estímulo produz uma diminuição do tempo de latência da resposta ou um abaixamento do limiar de identzficação na tarefa realizada em relação ao objetivo. Fala-se de prirning especiJico da modalidade quando o objeto e o

disparador são analizados via a mesma modalidade sensorial c..) e intermodalidade nos outros casos c..) (DORAN & PAROT, 1998, pp.609).

De forma mais específica, pode-se definir o fenômeno priming semântico

como o fato observável que um sujeito reconhecerá uma palavra (objetivo) mais

rapidamente se for precedida por uma outra palavra semanticamente relacionada

do que por uma palavra que não guarde relação semântica com o objetivo. Em

resumo, uma palavra é mais rapidamente reconhecida como tal se for precedida

por outra com significado associado. Por exemplo, a palavra preto (objetivo) é

reconhecida mais rapidamente como tal se é apresentada logo após a palavra

branco do que após uma outra palavra não relacionada semanticamente, como a

palavra onda.

4.3 Técnica de Decisão Léxica

O fenômeno de priming semântico tem sido observado e estudado durante

a realização de experimentos com a técnica de decisão léxica desde os trabalhos

de MEYER et al. (1971) e NELLY (1977). A Técnica de Decisão Léxica (TDL)

consiste em um experimento em que o sujeito decide se uma cadeia de caracteres

é uma palavra ou não. Tal técnica tenta evitar, segundo SPITZER (1997), uma

grande limitação do teste clássico de associação livre de palavras que é o fato dos

pesquisadores só poderem distinguir tipos específicos de associações após o

experimento ter sido realizado. Desta forma, a fim de evitar tal limitação utiliza-

se a TDL com a finalidade de investigar certos tipos de associações (ou

específicos pares de palavras) definidos a priori pelo pesquisador. A TDL

consiste na seguinte sequência de eventos (veja a figura 4.1):

sujeito do experimento é exposto a uma tela de computador na qual está com

um ponto fixo;

ponto fixo é substituído por uma cadeia de caracteres (que pode ser uma

palavra ou uma sequência de caracteres sem significado) que é o estímulo

inicial ou estímulo de preparação (prime);

após um curto espaço de tempo, a palavra é apagada;

outra cadeia de caracteres (objetivo) é mostrada na tela do computador;

sujeito, então, responde se a cadeia de caracteres apresentada no passo anterior

é uma palavra ou não.

4.3.1 Tempo de Duração do Prime e Tempo de Reação

Dois tempos são observados na técnica de decisão léxica: o tempo de

duração do prime e o tempo de resposta. O primeiro é designado por Stimulus

Onset Asynchrony (SOA) e o segundo por tempo de reação (RT). Estes dois

tempos servem de parâmetros para as análises dos experimentos e como base para

investigação de vários fenômenos que definem o paradigma de priming semântico

para uma única palavra, restrição proposta por NEELY (1991) para a investigação

e estruturação de resultados. Tal proposta tenta limitar o domínio de análise

devido ao aumento (de forma exponencial) de resultados e variações

metodológicas em tomo da técnica de decisão léxica. Tendo como base o

paradigma depriming semântico para uma única palavra, NEELY (1991) enumera

18 fenômenos que têm sido explorados isoladamente e que ele acredita que devam

46

ser explicados por uma única teoria. Alguns destes fenômenos são: priming

semântico não associativo, priming de nomes-categorias de alta e baixa

dominância dos exemplares, priming mediado, priming de retrocesso, facilitação

de não-palavras, etc (NEELY, 1991).

r - ] Tela em banco até que o mouse seja ativado

L

:i Ponto fixo

L branco Prime por 200 ms

Objetivo é apresentado até que a resposta seja dada preto (1 L

Uma ou duas teclas são pressionadas com um ou dois dedos (médio e indicador) da mão do lado dominante

Figura 4.1: Seqüência de eventos de um experimento de decisão léxica

(adaptado de SPITZER (1999)).

A análise de um experimento de decisão léxica é feita, na maioria dos

casos, da seguinte maneira: é requisitado ao sujeito do experimento a decisão se

uma cadeia de caracteres é uma palavra ou não. Se uma cadeia de caracteres é

uma palavra ela pode estar ou não relacionado ao seu prime. O efeito de priming

é tipicamente calculado pela subtração da média dos tempos de reação de pares de

(primer-palavra não relacionada) - (primer-palavra relacionada) (veja figura 4.2).

Priming = T 1 -T2

Figura 4.2: Esquema dos tempos utilizados para o cálculo dopriining.

Quando o desempenho do sujeito para palavras não relacionadas com o

prime serve como base para comparações, o resultado da diferença é chamado de

efeito de priming total. Se o desempenho para objetivos que seguem primes

neutros é tomado como base para comparações, tem-se a facilitação se o resultado

da diferença for um número positivo e inibição no caso contrário.

Outros dois critérios também são utilizados para o cálculo do priming: a

porcentagem de aumento na velocidade de resposta das palavras relacionadas

sobre as não relacionadas; e subtração das porcentagem de erros de palavras não

relacionadas e palavras relacionadas.

Devido as variantes nos cálculos do efeito de priming e nas metodologias

utilizadas nos experimentos, é encontrado na literatura várias faixas que

caracterizam o fenômeno. Contudo, SPITZER (1999) afirma que o tempo médio

do efeito depriming semântico está entre 30 e 50 milisegundos.

Priirt e Objetivo Resposta

stimulus onset asynchrony (SOA) reaction time (RT)

Figura 4.3: Os tempos: SOA (Stinzulus Onset Asynchrony) e RT (Tempo de

Reação) , (adaptado de SPITZER, 1997).

4.4 Teorias para o Priming Semântico

4.4.1 Teoria da Propagação (ou Difusão) da Ativação

Na realidade não se trata de uma única teoria e sim de conjuntos de teorias

e modelos que possuem em comum a idéia que o conhecimento é representado

através de nós interligados de uma rede. Tal idéia é amplamente utilizada para

fundamentar diversos modelos da psicologia cognitiva e da inteligência artificial

(ANDERSON, l976), (ANDERSON, 1983) , (COLLINS & QUILLIAN, 1969),

(COLLINS & LOFTUS, 1975), (POSNER & SNYDER, 1975), (RICH &

KNIGHT, 1994), (SOWA, 1984). Este enfoque teórico parte do princípio que o

conhecimento está organizado em forma de rede, hierárquica ou não, onde os

conceitos são armazenados (ou representados) em vários nós no interior da rede.

Tais nós podem estar ativos ou não. A ativação pode ser causada diretamente por

estímulos externos ou por estímulos internos, ou indiretamente pela ativação de

nós da vizinhança de um determinado nó (STERNBERG, 2000). Um ponto

extremamente importante neste enfoque é que o processo é automático (daí a

importância dos resultados dos experimentos de priming que suportam tal

afirmação) e a estimulação de um nó tem forte influência nos nós adjacentes, isto

é, existe uma disseminação da ativação de um nó sobre o conjunto de nós a ele

interligados. E segundo STERNBERG (2000, pp. lgl), c..) quanto mais nós são

ativados e a disseminação da ativação alcança maiores distâncias de sua fonte

inicial, ativação enfraquece (veja figura 4.4). O priming semântico é explicado

da seguinte forma: quando o prime é mostrado, um ou mais nós da rede são

ativados e esta ativação começa a ser propagada na rede, antes que o sinal seja

atenuado (pelo passar do tempo) é mostrado o objetivo. Como o objetivo ainda

guarda um certo grau de ativação proveniente da propagação do prime, ele é

ativado mais rapidamente se comparado a um prime que não guarda um

relacionamento semântico. A teoria propõe que quando há um relacionamento

semântico entre dois conceitos existe um rota na propagação da ativação que é

menor do que uma rota (caso ela exista) entre dois conceitos não relacionados.

Desta forma o tempo da ativação de conceitos separados por estas rotas são

diferentes, caso exista ou não um associação semântica. O tempo para percorrer

esta rota é evidenciado no experimento de priming.

Figura 4.4: Propagação da ativação em uma rede

(adaptado de SPITZER, 1999).

4.4.2 Teoria da Expectativa

A teoria da expectativa, segundo NEELY (1991), tem sido utilizada em

alguns casos (por exemplo, ANDERSON (1983)) como complemento da teoria da

propagação da ativação e em outros de fosma independente (por exemplo,

BECKER, 1985). Esta teoria explica o priming semântico assumindo que o sujeito

do experimento de priming usa o prime para gerar um conjunto de expectativas

que consiste de objetivos potenciais que estão relacionados ao prime. Assim,

objetivos que pertençam a este conjunto são reconhecidos mais rapidamente do

que aqueles que não estão incluídos neste conjunto de expectativas.

4.4.3 Teoria Casamento Semântico

Esta teoria é também conhecida como teoria dos indícios compostos

(compound cue theovy). Foi proposta por RATCLIFF & MCKOON (1988). Esta

teoria explica o efeito do priming semântico através de um processo de evocação

envolvendo o que denominam de indício composto, uma ligação do alvo e do

prime c..) como um par usado para evocar as informações da memória

(STERNBERG, 2000, pp.194). O ponto chave da teoria (e que difere das outras

propostas) é a representação mental do prime e do objetivo: eles formam um

indício composto unificado e não nós separados como nas propostas anteriores.

Não existe uma propagação e sim um percurso aleatório por toda a estsutura da

memória (que pode ou não ter um estsutura de rede). O priming semântico ocorre

c..) porque as respostas evocadas ao alvo são multiplicadas pelas respostas

evocadas ao prime, produzindo, desse modo, uma resposta muito mais poderosa

52

do que a que se originaria de cada um isoladamente (STERNBERG, 2000,

pp.194).

4.5 Priming Semântico e Esquizofrenia

A técnica de decisão léxica tem sido utilizada no estudo de associações de

palavras em pacientes esquizofrênicos com e sem distúrbios de pensamento por

vários autores (MANSCHRECK et al., 1988; KWAPIL et al. ,1990;

SPITZER,1993; PASSERIEUX et al. 1997; SPITZER et al. , 1994; SPITZER,

1997; WEISBROD et a1.,1998 ).

Os estudos sobre o efeito de priming em sujeitos normais (MEYER &

SCHVANEVELDT, 1971; COLLINS & LOFTUS, 1975; NEELY, 1977;

MLLLER & GLUCKSBERG, 1988) têm sido interpretados como uma evidência

de uma organização do lexicon mental em forma de representação do

conhecimento em rede interligada (MCNAMARA, 1 992; MAS SON, 1 995;

SPITZER, 1997; STERNBERG, 2000). De acordo com estes modelos, as

características semânticas (e talvez, segundo NEELY (1991), as informações

sobre pronúncia, sintaxe e ortografia) são representadas como unidades ou nós de

uma rede neural. E durante uma elocução, as unidades desta rede se tomam ativas

por um breve período de tempo e, então, decaem rapidamende ou são ativamente

inibidas. Como já foi visto estes modelos são conhecidos como modelos de

propagação de ativação e estão baseados na hipótese proposicional amplamente

aceita pela comunidade da psicologia cognitiva (STERNBERG, 2000). Segundo

MCNAMARA (1992) as teorias baseadas no modelo de propagação de ativação

possuem algumas variações, contudo compartilham de três idéias fundamentais: a

recuperação de um item da memória é realizado pela ativação da sua

representação interna, a propagação da ativação é realizada através de uma rede

interconectada de traços de memória, e o acúmulo de ativação residual de traços

de memória facilita a sua subsequente recuperação.

O fato fundamental para nosso trabalho foi exposto inicialmente por

MANSCHRECK et al. (1988) e reproduzido experimentalmente por KWAPIL et

al. (1990), SPITZER et al. (1993) e WEISBROD et al. (1998). Tal fato é o

aumento do efeito semantic priming em sujeitos esquizofrênicos que sofrem de

desordem de pensamento formal, quando comparados com sujeitos

esquizofrênicos que não sofrem de desordem de pensamento e sujeitos normais

utilizados como controle.

No trabalho de MANSCHRECK et al. (1988) os experimentos de decisão

léxica foram aplicados em grupos de sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de

pensamento (EcDP), sujeitos esquizofrênicos sem distúrbio de pensamento

(EsDP), sujeitos com distúrbio de afetividade (Afetividade) e sujeitos normais

(Normal). O efeito de priming foi encontrado em todos os grupos com um

significante aumento de ganho no grupo de sujeitos esquizofrênicos com distúrbio

de pensamento (veja figura 4.5 e figura 4.6). MANSCHRECK et al. (1988)

afirmam que os resultados são consistentes com os modelos de rede ativação

associativa (teoria da ativação propagada) e dá suporte à hipótese do déficit de

atenção no funcionamento da linguagem nos esquizofrênicos. SPITZER et al.

(1994) realizaram estudos semelhantes com pacientes alemães obtendo o mesmo

perfil de resultados (veja figura 4.7).

1 Nornal I Afetivo I EsDP I EcDP I

Figura 4.5: Média do Tempo de reação (RT) dos grupos de sujeitos normais

(Normal), sujeitos com distúrbio de afetividade (Afetivo), sujeitos

esquizofrênicos sem distúrbio de pensamento (EsDP) sujeitos esquizofrênicos

com distúrbio de pensamento (EcDP) para os pares Prime-Palavra-Não-

Relacionada (Prime-PNR) e Prime-Palavra-Relacionada (Prime-PR)

(Adaptado de MANSCHRECK et al. (1988)).

Priming

Grupos do experimento

"

!3 Priming

Figura 4.6: Média do Tempo de Priming dos grupos de sujeitos normais

(Normal), sujeitos com distúrbio de afetividade (Afetivo), sujeitos

esquizofrênicos sem distúrbio de pensamento (EsDP) sujeitos esquizofrênicos

com distúrbio de pensamento (EcDP). (Adaptado de MANSCHRECK et al.

(1988)).

Nornal

37

Afetivo

56

EsDP

36

EcDP

83

Priming Semântico

" I Normal I EsDP I EcDP .-

K et al. (1 988)

SPITZER et

Grupos do Experimento

al. (1 988) -a- SPITZER et al.

Figura 4.7: Comparação dos resultados de experimentos de priming

semântico dos trabalhos de MANSCHRECK et ul. (1988) e SPITZER et ul.

(1994).

A questão fundamental, então, é a seguinte: por que os sujeitos

esquizofrênicos com distúrbio de pensamento, distúrbio este caracterizado

por uma ruptura das associações normais, apresentam um tempo de reação

que privilegia as associações normais ao passo que o esperado seria

exatamente o oposto?

A resposta para esta questão é extremamente complexa. Contudo este

trabalho propõe um modelo simplificado que tenta sugerir algumas respostas. Os

detalhes e as argumentações (bem como as simulações) serão apresentados nos

próximos capítulos.

Capítulo 5

O Modelo

O modelo neurocomputacional proposto para alguns transtornos de

pensamentos presentes na esquizofrenia e para o efeito de "priming" semântico

foi desenvolvido utilizando-se de dois níveis (ou etapas) de abstração. O nível 1

modela o conhecimento semântico através de uma representação conexionista por

micro-características conforme descrito em AYROSA (1992). O nível 2 modela

uma possível representação do conhecimento semântico no córtex pré-frontal

através uma rede neuronal auto-organizável que preserva as características

topográficas (e as associações semânticas) da representação do conhecimento

representada no nível 1. Modela, também, as unidades de saída da rede auto-

organizável através de uma representação pontual do neurônio.

O framework desenvolvido pode ser resumido da seguinte maneira: um

conhecimento sobre um domínio restrito (representado por uma estrutura em rede

semântica) é transferindo para uma rede neuronal artificial auto-organizável que

captura as relações semânticas observáveis. Cada unidade da rede é modelada por

uma equação da membrana que as considera como capacitores com ruídos.

5.1 Conceitos Preliminares

5.1.1 Redes Neuronais

Apesar de termos vários textos que tratam de maneira introdutória o estudo

das redes neuronais (KOVACS, 1996; MEHROTRA et al., 1997; BRAGA et. al.,

1998; TEIXEIRA, 1998), será realizado aqui uma breve revisão dos principais

conceitos a fim de unificar os diversos termos e explicitar a maneira como eles se

interrelacionam.

Uma dificuldade inicial é estabelecer uma definição precisa e ampla das

redes neuronais. Assim como o termo inteligência artificial apresenta mais de 150

definições (CLEIMAN, 1991), o termo rede neuronal também apresenta diversas

definições e sinônimos, tais como: sistema conexionista, sistema paralelo

distribuído (PDP), redes adaptativas, etc. Uma das principais razões para a

diversidade de definições é o fato das redes neuronais sofrerem influências direta

de várias disciplinas tais como: matemática, psicologia, neurociência, física,

engenharia, filosofia, ciência da computação, biologia, etc. É observado, assim,

diversos e diferentes termos para expressar um mesmo fato.

Uma rede neuronal pode ser vista como formada de três grupos de

definições ou parâmetros: características da unidade de processamento (elemento

computacional ou neurônio), tipo de regra de aprendizado e topologia da rede.

Uma unidade de processamento ui é formada por três blocos lógicos: bloco

de entrada responsável pela reunião dos sinais de entrada vindos de outras

unidades ou do ambiente, bloco intermediário responsável pelo estado de ativação

da unidade em determinado instante t e, finalmente, um bloco de saída

responsável pelo valor de saída da unidade no instante t. O bloco de entrada

combina os valores provenientes da saída de diversas fontes expresso por um

vetos de entrada O = (o, ..., oj ,..., o,,), com os respectivos pesos das ligações.

Cada peso é expresso por um valor (variável) wik, isto é, o valor da conexão da

saída ok à entrada das unidade ui. O conjunto de todos os pesos entre todas as

ligações (padrão de conexão) das unidades de uma rede é expresso por uma matriz

bidimensional, chamada matriz de conexão. Em resumo, este bloco combinará

todos os sinais de entrada com seus respectivos pesos, fornecendo um único sinal

de entrada denominado neti, resultado da aplicação de uma regra de propagação,

onde neti=Ç wu oj, para i variando de 1 a n (número de unidades). Após a

obtenção do valor neti tem-se que obter outro valor, denominado estado de

ativação ai@. Isto é realizado no bloco intermediário, onde é utilizado uma função

F denominada regra de ativação que combina o valor conente ai(t) com o neti

obtendo assim o novo valor de ai(t): ai(t+At)=Fi(ai(t), neti(t)). O bloco de saída é

responsável por transmitir um valor oi (valor de saída) da unidade em questão para

todas as outras unidades a ela interconectada. O valor de saída de cada unidade ui

é determinado pelo estado de ativação ai(t) e uma função f denominada função de

saída: oi(t)=f(ai(t)).

As regras de aprendizado têm por objetivo modificar o padrão de conexão

da rede em função do aprendizado ou adaptação. Algumas regras utilizadas são:

Hebb: esta regra estabelece que o ajuste depende somente da saída desejada e

das entradas da unidade de processamento, a equação utilizada para descrevê-

la é: wo(t+l) = w, + vai(t) aj(t), onde 57 é uma constante positiva denominada

taxa de aprendizado.

Anti-Hebb: como a equação que descreve a regra de Hebb só permite o

incremento dos pesos, costuma-se, por diversos motivos, utilizar regras

denominadas anti-Hebbianas, estas regras incorporam um termo de

decaimento responsável pelo decremento dos pesos. Uma equação comumente

utilizada é a equação diferencial: dwv/dt= -Awv + ai aj

Para um estudo detalhado das diversas regras de aprendizado tais como

adaline, perceptron, backpropagation, instar, hopfield, widrow-hoff, etc, veja

SIMPSON (1990) e MURPHY (1991).

Em função da regra escolhida, do funcionamento da rede e do nível de

supervisionamento empregado, podemos ter várias classificações para as redes

neuronais. Quanto ao paradigma de funcionamento temos:

auto-associador: modelos em que um conjunto de padrões são

armazenados para uma posterior recuperação através de atributos

particulares dos padrões armazenados;

associador de padrões: modelos em que um conjunto de padrões é

armazenado em outro conjunto de padrões;

classificador: modelos em que um conjunto de padrões é associado a um

outro grupo de padrões agrupados em categorias;

detector de regularidade: modelos que são capazes de categorizar um

conjunto de padrões de entrada, isto é, o modelo não possui um conjunto

de classes determinado a priori, assim, ele deve determinar as categorias

relevantes baseado nas regularidades estatísticas dos padrões.

Quanto ao nível de supervisionamento, tem-se 3 tipos básicos: aprendizado

supervisionado, aprendizado por reforço e aprendizado não-supervisionado.

Alguns modelos podem combinar estes tipos em fases distintas do aprendizado.

No aprendizado supervisionado é fornecido à rede um conjunto de pares onde

cada par é composto do padrão de entrada e do padrão desejado na saída. Estes

dois padrões são comparados, durante o processo de aprendizagem, e o erro

resultante pode ser utilizado para controlar o processo adaptativo da rede. Já o

aprendizado por reforço utiliza um padrão de entrada e um sinal externo que pode

ser interpretado como uma medida de adequação das ações adaptativas recentes.

No aprendizado não supervisionado a rede recebe somente o padrão de entrada e o

classifica internamente, ressaltando por si só as propriedades interessantes dos

estímulos de entrada.

O terceiro e último grupo de definições corresponde à topologia da rede. É

notado que redes com estruturas (topologias) similares frequentemente possuem

atividades, regras de aprendizado e aplicações também similares (MURPHY,

1991). Deve-se, assim, entender como topologia os diversos parâmetros

associados à estsutura da rede neuronal. Estes parâmetros comumente utilizados

para expressar a topologia de uma rede são: números de camadas, número de

unidades por camada, tipos de interconexão e direção do fluxo de informação.

Segundo BADDELEY (1997), existem três áreas onde as técnicas de redes

neuronais podem ser úteis aos pesquisadores em neurociências: na regressão,

63

quando os conjuntos de dados estão relacionados de forma não linear; na

existência de prova, quando deseja-se demonstrar que certo princípio é suficiente

para explicar um fenômeno biológico, isto é, os detalhes modelados podem não

ser realísticos mas a intenção é demonstrar algum princípio de alto nível; e por

último para modelos comparativos de aspectos quantitativos da operação

neuronal.

5.1.2 Mapa Auto-Organizável (SOM)

O modelo conhecido como rede de Kohonen, mapa de Kohonen, mapa

auto-organizável ou ainda de mapas de características auto-organizáveis é

resultado de pesquisas que tentam entender como os neurônios biológicos se

organizam (auto-organizam) de forma a realizar diferentes tarefas. Os modelos

auto-organizáveis também são conhecidos como redes organizadas

topograficamente ou topologicamente. Nestes modelos, as unidades vizinhas

competem através de ligações laterais e se organizam em detectores de diferentes

sinais de entradas como resultado de um processo de aprendizagem adaptativo. O

modelo Self-Organizing feature Maps - SOM - (KOHONEN, 1982) combina o

princípio do aprendizado competitivo com uma estrutura topográfica das unidades

de processamento, isto é, unidades adjacentes tendem a ter vetores-peso similares

(MEHROTRA, 1997). Devido a simplicidade do algoritmo, o SOM é a rede

neuronal, baseada no aprendizado não supervisionado, mais popular e com

centenas de diferentes aplicações em diversas áreas, desde reconhecimento de

caracteres à análise bioquímica de drogas para o tratamento de câncer, passando

pela robótica e análise de imagens (KOHONEN, 1997).

Existem várias versões do SOM, contudo as idéias de um mapeamento de

dados de entrada pertencentes a um espaço %" em um espaço bidimensional e o

comportamento da regra de aprendizado são comuns a totalidade das versões

(KOHONEN et al., 1996). Para cada unidade i, um vetor referência mi = [pii, pi~,...,

piJT E !Rn é associado. A fosma de apresentar o reticulado bidimensional pode

ser retangular, hexagonal ou irregular, sendo que a forma hexagonal é mais

utilizada devido a facilidade de visualização. Na sua forma mais simples um

vetor de entrada x = [cii, E,i2,..., E,iJT E !Rn é ligado a todas unidades em paralelo

através de uma variável escalar pij. O funcionamento da rede é muito simples:

dado um vetor x E 93" , este é comparado com todos os mi E %" segundo uma

métrica definida, normalmente a menor distância euclidiana, e desta forma é

calculado a unidade vencedora ou a unidade resposta, também conhecida com

BMU (Best-Matching Unit).

5.1.2.1 Arquitetura e Algoritmo

O SOM é composto de duas camadas de unidades de processamento. A

primeira camada é de entrada ou domínio, a segunda, de saída ou imagem.

Cada unidade da camada de entrada está conectada a todas as unidades da camada

de saída através de um conjunto de vetores-pesos. As unidades da camada de

saída estão interconectadas de acordo com uma determinada topologia que

definem uma vizinhança, isto é, um conjunto de unidades interconectadas a que

terão seus pesos alterados em conjunto quando uma delas é a unidade vencedora.

Em outras palavras: durante o processo de aprendizagem, aquelas unidades que

estão topograficamente próximas (na grade) até uma certa distância ativarão umas

às outras a fim de aprender "alguma coisa" da mesma entrada x , que através do

processo continuado de aprendizado conduzirá a uma ordenação global

(KOHONEN, 1 997).

A regra de aprendizado do SOM é a seguinte:

mi (t + 1) = m, (t) + h,, (t) [x(t) - m, (t)] ,

onde a variável t =O,], ... representa o tempo, o mi é o vetor referência, o x é o

vetor de entrada, e a função hCi(t) é a chamada função de vizinhaça.

Para a convergência no processo de aprendizagem é necessário, segundo

KOHONEN (1997), que hci(t)+ O quando t+m Normalmente a função de

vizinhança é definida como uma função gaussiana:

onde a(t) é o fator de aprendizado o o parâmentro o(t) define a largura do núcleo

(a área de vizinhança ou raio de vizinhança). Arnbas funções são monotônicas

descrescentes em relação ao tempo.

O algoritmo SOM pode ser sucintamente descrito da seguinte forma: um

padrão de entrada x E !Rn é apresentado à rede pela camada de entrada, isto é, as

unidades da camada de entrada são ativadas com um padrão x; utilizando-se este

padrão, calcula-se a similaridade entre a entrada x e cada uma das unidades de

saída; a saída com maior fator de similaridade é declarada como unidade

vencedora; todas as unidades vizinhas à unidade vencedera e a própria unidade

vencedora tem seus pesos alterados a fim de aumentar ainda mais o fator de

similaridade; o processo é repetido com todas as entradas até que se atinja um

patamar de parada: um número máximo de iterações ou um valor de erro

admissível.

5.1.2.2 A Inspiração e a Plausibilidade Biológica

Segundo VON DER MALSBURG (1995), o processo de uma rede auto-

organizável é fundamental para a organização do cérebro e é desenvolvida em

diversas escalas temporais que variam de frações de segundos, nos processos

eletrofisiológicos, até gerações, nas adaptações filogenéticas. Tal fato torna difícil

o acompanhamento experimental dos efeitos das modificações organizacionais na

formação e alteração dos mapas de representação (KOHONEN, 1997). Contudo

alguns mecanismos biológicos serviram de inspiração e sustentam a plausibilidade

biológica dos mapas de característas auto-organizáveis de Kohonen.

A representação cortical foi inicialmente observada através de estudos

utilizando-se técnicas eletrofisiológicas em animais. Observou-se que podia-se

produzir um potencial evocado no córtex pela estimulação de uma parte específica

da superfície do corpo do animal. Estas respostas evocadas foram utilizadas por

vários pesquisadores para mapear a representação do corpo no giro pós-central em

macacos (KANDEL et al., 1997).

Os mapas topográficos de representações foram inicialmente

demonstrados nos seres humanos pelo neurocirurgião Wilder Penfiels na década

de 30 (SPITZER, 1999). O trabalho de Penfiels teve origem na observação dos

relatos de pacientes, sob anestesia geral, durante operações cirúrgicas para o

tratamento da epilepsia e outros distúrbios cerebrais. Penfiels estimulou a

superfície do giro pós-central (a única porção acessível à experimentação com

essa técnica na época) em vários pontos na área S-I e observou que isto produzia

sensações táteis em partes distintas do lado oposto do corpo. Desta forma,

Penfield constriu um mapa da representação neuronal do corpo no córtex sensorial

somático (KANDEL et al., 1997). Não somente o tato mas todos os sentidos estão

estruturados em mapas corticais. Para KOHONEN (1997) a origem e a formação

dos mapas topográficos podem ser explicadas por uma ação conjunta de fatores

evolutivos, de desenvolvimento pré-natal e aprendizado.

Alguns princípios básicos da organização do cérebro dos mamíferos, tais

como a conectividade, a competição e inibição lateral (scHÜz, 1995), são

implementadas no algoritmo SOM. Por exemplo, a conectividade no SOM é

estabelecida pela interconexão de todas as unidades da camada de entrada com

todas as unidades da camada de saída; a competição é realizada durante a

determinação da unidade vencedora e a inibição lateral é utilizada na função de

vizinhança conhecida como "chapéu mexicano" onde cada unidade influencia o

estado de ativação das unidades vizinhas de três formas possíveis: excitatória,

inibitória e levemente excitatória. Desta forma, segundo RITTER (1995), o

algoritmo SOM pode modelar com sucesso uma gama impressionante de

características observadas nos mapas cerebrais.

5.1.3 A Equação da Membrana

A tarefa fundamental do sistema nervoso é comunicar e processar

informações. Desta forma o mundo é percebido, representado e modificado. Os

neurônios são as células fundamentais para a armazenagem e processamento de

informações pelo cérebro. Tais células se utilizam de vários mecanismos para a

sua manutenção e para realização de suas tarefas funcionais. De acordo KEYES

(1985), quaisquer mecanismos físico ou biofísico que pretendam realizar

processamento de informações devem obedecer a várias restrições. Tais restrições

podem ser resumidas em três princípios:

1. o mecanismo deve operar em alta velocidade;

2. o mecanismo deve ter um repertório rico em primitivas computacionais com

habilidade de implementar uma variedades de operações de alto ganho tanto

lineares como não-lineares;

3. o mecanismo deve estar em contato com o mundo físico e ser capaz de

representar precisamente padrões da entrada sensorial e traduzir o resultado

das computações sobre estes padrões em ação.

Segundo KOCH (1999), o pontencial da membrana é uma variável física do

sistema nervoso que atende a todos os três princípios de Keyes:

1. pode variar rapidamente sobre grandes distâncias, isto é, um potencial de

ação pode variar seu potencial de 100 mV dentro de 1 ms, e propaga-se até

1 cm (ou mais) em um axônio dentro deste intervalo de tempo;

2. controla um vasto número de gates não-lineares, os canais iônicos, que são

a base para operações não-lineares;

3. através da operação dos canais iônicos os estímulos (visual, táctil, auditivo

ou olfativo) são transformados em mudanças do potencial da membrana

que controlam a liberação de neurotransmissores ou contrações

musculares.

Em quase todas as células do corpo podemos encontrar uma diferença de

potencial elétrico entre o meio interno e externo. Algumas destas células

70

(nervosas e musculares, por exemplo) exibem um comportamento extremamente

interessante que é responsável pela transmissão de informações, qual seja a

capacidade de autogerar impulsos eletroquímicos em suas membranas. Esta

capacidade é denominada excitabilidade.

A base do comportamento das células excitáveis está fortemente calcada

nas variações reversíveis da permeabilidade iônica da membrana celular. Em

SHEPHERD (1994) é apresentado um estudo detalho dos aspectos biológicos das

células excitáveis.

Tem-se conhecimento da importância dos fenômenos elétricos sobre o

sistema nervoso desde os trabalhos experimentais do médico italiano Luigi

Galvani. Com o eletrofisiologista Bois Reymond tem-se a constatação da

existência do potencial de repouso, isto é, uma voltagem constante entre o meio

interno e externo da membrana celular quando a célula não está produzindo um

potencial de ação ou excitada de alguma outra forma.

A base física do potencial de repouso foi estudada pelo físico-químico

Nernst através de experimentos com potenciais gerados por membranas

inorgânicas que são semipermeáveis, isto é, membranas que são permeáveis a

alguns íons e não a outros.

A teoria de Nernst estabeleceu a relação entre a concentração iônica e o

potencial de equilíbrio da membrana. Desta maneira, pode-se definir o potencial

de equilíbrio como a voltagem que existiria entre os lados internos e externos da

membrana caso ela fosse permeável exclusivamente a um íon.

As informações, a nível neuronal, são transmitidas por potenciais de ação,

isto é, por variações rápidas do potencial da membrana. Tal fenômeno é também

71

conhecido como resposta tudo ou nada. Desta forma um potencial de ação ocorre

ou não dependendo da grandeza do estímulo aplicado. Caso este estímulo

ultrapasse um valor limiar (valor mínimo do potencial da membrana em que vai

ocorrer um potencial de ação 50% das vezes) ocorrerá uma variação abrupta do

potencial de repouso da membrana. Esta variação consiste de um deslocamento do

potencial de repouso negativo para um valor positivo, retomando para um valor

negativo.

Desta maneira, as etapas sucessivas da geração do potencial de ação são:

repouso, despolarização e repolarização. O repouso consiste no valor do potencial

de repouso anterior ao estímulo, sob estas condições a membrana é dita polarizada

pois se encontra em um valor negativo. Na despolarização, a membrana,

subitamente, se torna muito permeável aos íons de sódio ocasionando uma

variação em direção a um valor positivo. Logo a seguir, em poucos décimos de

milésimos de segundo, os canais de sódio começam a se fechar, enquanto os

canais de potássio são abertos em números maiores do que na dinâmica normal de

repouso. Com isto há um retomo ao nível negativo da membrana. Tal etapa é a

repolarização. Todo o processo de despolarização e repolarização pode ser

explicado pelo comportamento dos diversos tipos de canais de sódio e potássio

dentre outros. Este trabalho não objetiva o estudo detalhado do funcionamento

destes canais. Para um estudo aprofundado veja: JOHNSTON & WU (1995)

HOPPENSTEADT (1 992) e TUCKWELL (1 988) .

Hodgkin e Huxley modelaram detalhadamente, em 1952, a geração e

propagação de um potencial de ação de um axônio (HODGKIN & HUXLEY,

1952). Determinaram experimentalmente as funções de condutância para os íons

72

de sódio e potássio da membrana axonal, isto é, estabeleceram, a partir de

experimentos, que as condutâncias g% e g~ são funções do potencial da

membrana Y e do tempo t. Estabeleceram também que estas condutâncias sofrem

variações de forma a sustentar a propagação de um potencial de ação e estabelecer

um período refratário absoluto no local da membrana em que ocorreu o potencial

de ação.

Partindo dos experimentos que tentavam comprovar a "hipótese dos canais

iônicos seletivos", Hodgkin e Huxley comprovaram que a corrente que atravessa a

membrana pode ser dividida em suas componentes capacitivas e iônicas, isto é,

para uma pequena região da membrana a corrente total é considerada como sendo:

I=C.dV/dt + Ii, onde C.dV/dt é a corrente capacitiva e 4 é a corrente iônica.

Um outra forma utilizada para modelar o neurônio é a utilização da

representação pontual, onde o neurônio é reduzido a um único ponto ou

compartimento, isto é, tem-se um modelo simplificado que pode ser útil quando

não necessitamos simular o comportamento da árvore dendrítica (KOCH,1999). A

estrutura orgânica das membranas plasmáticas, que separam o citoplasma do

ambiente extracelular, é formada principalmente por fosfolipídios e proteínas. As

duas camadas de moléculas de fosfolipídios que isolam o meio interior e exterior

(que apresentam potenciais elétricos diferentes) atuam como um capacitor.

Capacitores são dispositivos para armazenagem de carga elétrica que são

carregados e descarregados por correntes elétricas. A carga Q, medida em

Coulombs, sobre o capacitor é diretamente proporcional a tensão aplicada,

simbolicamente:

Q = C.<, ,

onde, na biofísica, C é a capacitância definida como capacitância específica da

membrana em p . ~ / c m ~ , e V,,, é potencial da membrana, isto é, V, (t)=Vintraceiuiar(t)

- Vextraceiuiar(t). O valor da corrente que flui através do capacitor, a corrente

dielétrica I,, é simplesmente a variação da carga no tempo:

Derivando os dois lados da equação Q=C.y,, e fazendo-se as substituição de

dQ/dt, tem-se:

Quando injetamos uma corrente neste neurônio pontual, isto é, inserimos

uma fonte de corrente na célula, pode-se analisar o comportamento do mesmo

através da analogia com o circuito RC simples (associação em série de um resistor

e um capacitor). Usando-se a lei de Kirchoff e a lei de Ohm, tem-se que:

onde IR é a corrente que passa pelo resistor, R é a resistência e vmt é a tensão

associada ao resistor que representa o potencial de repouso. De acordo a lei da

conservação da corrente:

dY,l (t) + v, ( 0 - V,, c- dt R

= I,, (t) 7

e considerando z= RC , chamado constante de tempo do circuito que descreve

quão rápido o potencial da membrana se altera quando uma corrente é aplicada,

tem-se:

5.2 O Nível 1 do Modelo

O Nível 1 do modelo representa, através de um conjunto de micro-

características, um fragmento da realidade descrita por uma rede semântica. A

rede semântica utilizada como base para a extração das micro-características foi

apresentada por SPITZER (1997) como representante dos resultados estatísticos

sobre associação de palavras publicado por PALERMO et al. (1964) e ainda

considerado como fonte clássica para estudos de associações de palavras em

língua inglesa. Tal estudo foi realizado em universo de 871 estudantes sendo 377

do sexo masculino e 494 do sexo feminino. As 4 associações mais comuns

destacadas por SPITZER (1997) são:

dedo da mao é associado à mão por 457 estudantes: 52,5%

e mão é associada ao pé por 228 estudantes: 26,2%

pé é associado ao sapato por 255 estudantes: 29,3%

sapato é associado ao pé por 370 estudantes: 42,5%.

Braço u Figura 5.1: Rede Semântica adaptada de SPITZER (1997).

Na figura 5.1 temos a representação gráfica da rede semântica. A modelagem das

micro-características teve como objetivo transformar as informações presentes na

rede semântica em uma forma de representação tratável por uma rede neuronal. A

forma escolhida não foi a forma clássica exposta em RITTER et. al. (1989), mas

uma forma híbrida que tenta representar não só os objetos mas também a estrutura

e relações presentes no grafo representativo da rede semântica.

O esquema de representação é constituído de um conjunto de objetos

sendo que cada objeto é representado por um conjunto de 21 bits. Os 10

primeiros bits são utilizados para nomeação dos objetos enquanto os 11 bits

restantes servem para marcar a presença ou não das caractéristicas ou

propriedades. Assim, um bit com valor 1 indica que o objeto possui ou atende

uma determinada característica ou propriedade. Conforme destacado por RITTER

(1995), o prinleiro e importante passo para uma tarefa de processamento de

infoimações ou reconhecimento de padrões é identificar ou construir um conjunto

relativamente pequeno de características em que as informações essenciais

estejam concentradas.

As micro-caracteristicas escolhidas, então, foram as seguintes:

Objeto de tamanho pequeno, em comparação com os outros objetos do

domínio; objetos que possuem esta característica: polegar, unha, dedo-mão,

dedo-pé;

Objeto de tamanho médio, em comparação com os outros objetos do

domínio; objetos que possuem esta característica: mão, pé, sapato, meia;

Objeto de tamanho grande, em comparação com os outros objetos do

domínio; objetos que possuem esta característica: braço, perna;

Objeto com comportamento reflexivo, isto é, o objeto apresenta uma ligação

bidirecional no grafo representativo da rede semântica; objetos que possuem

esta característica: dedo-mão, mão, pé, sapato;

Objeto orgânico, objeto faz parte do corpo do ser humano; objetos que

possuem esta característica: polegar, unha, dedo-mão, dedo-pé, mão, braço,

pé, perna,

Objeto mestre, se o número de ligações eferentes é maior 3; objetos que

possuem esta característica: dedo-mão, mão, pé;

Objeto escravo, se o número de ligações aferentes é maior ou igual ao

número de ligações eferentes; objetos que possuem esta característica:

polegar, unha, dedo-pé, braço, perna, meia;

Objeto sozinho, se ele possui apenas uma ligação aferente; objetos que

possuem esta característica: polegar, unha, braço, perna, meia;

Objeto acompanhado, se ele possui ligações eferentes e aferentes; objetos

que possuem esta característica: dedo-mão, dedo-pé, mão, pé, sapato;

Localização superior, objeto localizado na parte superior do corpo do ser

humano; objetos que possuem esta característica: polegar, unha, dedo-mão,

mão, braço;

Localização inferior, objeto localizado na parte inferior do corpo do ser

humano; objetos que possuem esta característica: dedo-pé, pé, perna, sapato,

meia.

É claro que as características escolhidas para esta rede semântica poderiam ser

diferentes mas o importante, independente do número e tipo de micro-

características, é que o conjunto consiga capturar a estrutura e as relações da rede

semântica. Para um estudo detalhado sobre representação do conhecimento em

redes neuronais veja HINTON (1981), HINTON et al. (1986) e HINTON (1990).

Polegar

, , . 'Objeto c . ,' .- , > I '

. " ~ i t ,ati,vado I

Mão

Unha

Dedo-mão

Bit 2

Bit 3

Braço

Sapato

Bit 7

Perna

Meia

Bit 8

Tabela 5.1: Representação dos objetos através do ajuste do bit de nomeação

(bits de 1 a 10).

Objeto pequeno

Característica > *

Bit 11

Bits ,

Objeto médio

Objeto grande

Objeto com comportamento reflexivo

Objeto orgânico

Objeto mestre

Objeto escravo

Objeto sozinho

Objeto acompanhado

Localização superior

Localização inferior

Bit 12

Bit 13

Bit 14

Bit 15

Bit 16

Bit 17

Bit 18

Bit 19

Bit 20

Bit 21

Tabela 5.2: Representação das características (bits de 11 a 21).

Tabela 5.3: Representação dos 10 objetos através de 21 bits.

5.2 O Nível 2 do Modelo

A idéia do nível dois é representar em uma rede auto-organizável os

objetos descritos no nível 1. Isto é, mapear o espaço de entrada (os objetos) em

uma espaço de saída (a rede) de forma que os nós da rede reproduzam a estrutura

organizacional da rede semântica da figura 5.1. Para isso foi utilizado a rede de

Kohonen ou de forma mais específica o algoritmo Mapa Auto-Organizável (Self-

Organizing (Feature) Map -SOM-) (KOHONEN, 1982, KOHONEN, 1997). A

razão para a escolha deste algoritmo é o fato que a arquitetura onde o algoritmo

SOM é aplicado é caracterizada pelas ligações na camada de saída do tipo

inibição lateral. Segundo SPITZER (1997), RAUSCHECKER (1995) e

THOMSON & DEUCHARS (1994) esta é uma característica (inibição lateral)

essencial do córtex humano e permite a rede gerar espontaneamente

representações em forma de mapas sem a necessidade de qualquer realimentação

ou supervisão. A figura 5.2 mostra a arquitetura geral da rede.

Para completar o modelo, cada urna das unidades de saída foi modelada

como um neurônio formado por um único compartimento, onde dendritos, soma e

axônio estão concentradas e representados pelo potencial elétrico V. A

excitabilidade da membrana foi modelada por um capacitor elétrico com

capacitância C. O ruído foi modelado por uma corrente &,,,. Uma variável m foi

introduzida junto a corrente IiTzw com a função moduladora:

o somatório representa a intensidade do estímulo aplicado à rede, e a variável m

terá o seguinte comportamento: se W,V, for a maior ativação da rede m = d,

caso contrário m = l/d, onde a varíável d pode representar a descarga de um

neurotrasmissor.

Pesos n

SAIDA DA REDE

(15 unidades)

I ENTRADA DA REDE (21 bits)

Figura 5.2: Arquitetura geral da rede.

Bateria c Figura 5.3: Esquema das unidades de saída como capacitores com ruídos.

Capítulo 6

Resultados e Discussão

As simulações foram realizadas em microcomputador tipo PC com

processador AMD-K6 400MHz e 64MB de memória RAM. Duas bibliotecas de

funções foram utilizadas: inicialmente o SOM - PAK: The Self-Organizing Map

Prograrn Paclç-age (KOHONEN et al., 1996) e depois o conjunto de funções

chamado SOM Toolbox for Matlab 5 (VESANTO et al., 2000). Após a

construção e treinamento do SOM, isto é, a geração dos pesos da rede, foi

desenvolvido um conjunto de funções/programas na linguagem de programação

do Matlab 5.3 para a análise do comportamento da rede quando estimulada.

6.1 Simulação 1: Construção do Mapa Auto-Organizável

Representativo da Rede Semântica

A primeira simulação teve como objetivo verificar se as micro-

características utilizadas para a descrição do domínio eram adequadas. O critério

de verificação utilizado foi observar a capacidade da rede de representar as

relações topográficas presentes na rede semântica proposta por SPITZER (1997),

e se estas relações topográficas são compatíveis com as 4 associações mais

comuns, isto é: dedo da mão associado com mão, mão associado com pé, pé

associado com sapato, e sapato associado com pé. Para a simulação do mapa

semântico do córtex frontal utilizou-se os mapas auto-organizáveis de Kohonen

com os seguintes parâmetros: uma rede com 15 unidades formando uma matriz 3

X 5. O número de unidades foi estabelecido pela regra heurística k E 5.n1l2 , onde

k é o número de unidades e n o número de amostras utilizadas para o treinamento

da rede (VESANTO et al., 2000). A visualização estabelecida para esta simulação

foi a grade hexagonal. Os parâmetros de inicialização e treinamento foram

gerados pelo próprio programa.

O resultado foi uma rede organizada topograficamente (figura 6.1). As

quatro associações mais comuns destacadas por SPITZER (1997) foram

reproduzidas, isto é, a freqüência das associações foram mapeadas por uma

relação de adjacência entre os objetos. Os objetos foram mapeados seguindo estas

"tendências" topográficas: objetos pequenos tendem para parte inferior do mapa,

enquanto os objetos médios e grandes tendem para a parte superior e superior-

esquerdo, respectivamente. Os objetos orgânicos tendem para o lado direito do

mapa e os objetos mestres ocupam a parte inferior do mapa. Na figura 6.2 pode-

se ver as contribuições de cada característica na organização topográfica da rede.

É observado que o polegar e a unha foram mapeados em uma mesma unidade. Tal

fato é compatível com as micro-características utilizadas e mostra que os bits de

nomeação dos objetos não interfere na organização do mapa, tendo o

comportamento desejável neste tipo de representação conforme destacado em

KOHONEN (1982) e KOHONEN (1997).

MAPA

Figura 6.1: Organização dos conceitos após o treinamento da rede.

Figura 6.2: Contribuição de cada micro-característica para a distribuição

topográfica dos conceitos.

Na figura 6.3 é mostrado a distribuição dos conceitos pela rede no formato

retangular. Tal representação foi utilizada para todas as visualizações do estado

final da rede, quando estimulada. Com a rede treinada foi gerado o conjunto de

pesos onde cada unidade de entrada está ligada a todas as unidades de saída,

totalizando assim 315 pesos armazenados em uma matriz 21x15. A rede foi

testada para cada estímulo de entrada. Todas as saídas, para cada estímulo, foram

nonnalizadas a fm de permitir uma unificação da escala. As figuras 6.4 até 6.14

mostram o resposta da rede para cada um dois estímulos.

Figura 6.3: Distribuição dos conceitos na rede 3x5.

Polegar

Figura 6.4: Resposta da rede para o estímulo polegar

Unha

Figura 6.5: Resposta da rede para o estímulo unha

Figura 6.6: Resposta da rede para o estímulo dedo da mão.

Figura 6.7: Resposta da rede para o estímulo dedo do pé

Figura 6.8: Resposta da rede para o estímulo mão.

Figura 6.9: Resposta da rede para o estímulo pé.

Braço

Figura 6.10: Resposta da rede para o estímulo braço.

Perna

Figura 6.11: Resposta da rede para o estímulo perna.

Figura 6.12: Resposta da rede para o estímulo sapato

Meia

Figura 6.13: Resposta da rede para o estímulo meia.

6.2 Simulação 2: Verificação se o Modelo Reproduz o do

Efeito de Priming Semântico

Esta simulação foi realizada com os pesos obtidos na simulação

anterior. Cada unidade foi modelada como um capacitor com ruído. Os

parâmetros utilizados foram: constante de decaimento .c = 1; ruído = 0,O para

sujeitos normais e 0,02 para sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de

pensamento; limiar de ativação para as unidades = 0.995; tempo de duração do

prime = 200 ms, SOA=400 ms. As 4 associações mais comuns representando as

palavras relacionadas semanticamente foram simuladas, isto é: dedo da mão

associado com mão, mão associado com pé, pé associado com sapato, e sapato

associado com pé. As quatro duplas de palavras não relacionadas foram: dedo da

mão com meia, mão com perna, pé com polegar, sapato com braço (veja as tabelas

6.1, 6.2, 6.3 e 6.4). O critério para a seleção das palavras não relacionadas foi o

seguinte: elas não poderiam estar associadas nem direta nem indiretamente a um

dos estímulos (prime ou target). A média do efeito de priming para sujeitos

normais foi de 40,5 ms e para sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de

pensamento foi de 92 ms (veja figura 6.14). Estes valores estão dentro da média

que, segundo SPITZER (1997), caracterizam o efeito depriming. O que permitiu

o aparecimento do efeito de priming foi o aumento da corrente Iinw que

representa no modelo o ruído na rede.

Em outras palavras, houve uma diminuição da relação sinal ruído,

confirmando a idéia, exposta em SPITZER (1997) e SPITZER (1999), que uma

diminuição da relação sinal-ruído, possivelmente modulada pela dopamina, seria

94

uma possível explicação para o efeito de priming e a resposta para o paradoxo de

que sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de pensamento, distúrbio este

caracterizado por uma ruptura das associações normais apresentam um tempo de

reação que privilegia as associações normais ao passo que o esperado seria

exatamente o oposto.

O resultado desta simulação também é compatível com o modelo de

propagação da ativação no seguinte sentindo: quando o prime é apresentado à

rede, a unidade associada é ativada e devido a propagação da rede, as unidades

associadas (palavras associadas ao prime) também são ativadas em escala menor.

No modelo, devido ao ruído (no caso dos sujeitos esquizofiênicos com distúrbio

de pensamento), estas unidades associadas ao prime demoram mais tempo,

quando comparadas com os sujeitos normais, no processo de estabilização após o

prime.

Assim, quando a rede recebe o estímulo (target) aquelas unidades

associadas ao prime ainda se encontram parcialmente ativadas ocasionando um

tempo de resposta mais rápido. Como citado anteriormente, este processo pode ser

caracterizado pela modulação da relação sinal-ruído pela dopamina. Desta forma,

a próxima simulação tentou reproduzir este o efeito.

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Normais

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Esquizofrênicos

com Distúrbio de Pensamento

Palavras não relacionadas Palavras não relacionadas

dedo da mão Drime

Target

rempo de reação

Palavras rel

Prime dedo da mão

meia Target meia

692

cionadas

Tempo de reação I

Palavras relacionadas

Prime dedo da mão ?ime

Target

dedo da mão

mão mão

rempo de reação Tempo de reação

Efeito de Priming

Tabela 6.1: Resultados da simulação do efeito priming com tempo de

duração do prime de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: dedo da

mão com mão.

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Normais

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Esquizofrênicos

com Distúrbio de Pensamento

Palavras não relacionadas

Target

rempo de reação I 692 I

Palavras relacionadas

Drime mão

Target

rempo de reação 652

Efeito de Prinzing I 40

Palavras não relacionadas

Prime mão

rempo de reação I 588 I

Palavras relacionadas

Target

rempo de reação

Efeito de Priming

mão

Tabela 6.2: Resultados da simulação do efeito priming com tempo de duração

do prime de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: mão com pé.

Sujeitos Esquizofrênicos

com Distúrbio de Pensamento

Palavras não relacionadas

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Normais

Simulação do tempo de reação

Palavras não relacionadas

Drime

Target

Prime

Target polegar

rempo de reação 693

cionadas

Tempo de reação

Palavras relacionadas Palavras re

Prime

Target sapato Target sapato

Tempo de reação rempo de reação 65 1

Efeito de Priming Efeito de Priming

Tabela 6.3: Resultados da simulação do efeitopriming com tempo de duração

doprinze de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: pé com sapato.

42

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Normais

Palavras não relacionadas

Prime

Target

Tempo de reação

Palavras rel

sapato

braço

cionadas

Prime sapato

Target

Tempo de reação I 651 Efeito de Prii~zing 43

Simulação do tempo de reação

Sujeitos Esquizofrênicos

com Distúrbio de Pensamento

Palavras não relacionadas

Prime sapato

Ta rge t

Tempo de reação 585

Palavras relacionadas

Prime sapato

Target

Tempo de reação

Efeito de Priining 94

Tabela 6.4: Resultados da simulação do efeitopriining com tempo de duração

doprii~ze de 200 ms e SOA de 400 ms. Associação testada: sapato com pé.

Efeito de Priming

ii Normal

Esquizofrênicc com Distúrbio Pensamento

Figura 6.14: Gráfico do efeito de priming semântico, reproduzido pelo

modelo, para sujeitos normais e sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de

pensamento.

6.3 Simulação 3: Verificação se o Modelo Reproduz a

Desfocalização ou Espraiamento de Sinal Provocado pela

Modulação da Dopamina

Nesta simulação foram utilizados todos os parâmetros da simulaçao 1 com

alteração da variável que representa a dopamina. A idéia é simular o efeito da

dopamina com moduladora da relação sinal ruído. O parâmetro d para o caso

normal foi igual a 20 e para a simulação da hipoatividade foi reduzido a 10% do

valor normal. Foi observado o espraiamento do sinal. Para o estímulo perna, por

exemplo, a rede apresentou um comportamento "bem focalizado", isto é,

considerando um limiar de 0,5 somente este conceito é ativado (veja figura 6.15).

Com o mesmo estímulo e limiar de ativação, porém com o fator dopamina

reduzido a 10%, tem-se a ativação dos conceitos braço, polegarlunha, meia e dedo

do pé, além da perna (figura 6.16).

Figura 6.15: Ativação da rede pelo estímulo perna.

Figura 6.16: Ativação da rede pelo estímulo perna, com a redução de 90% no

valor da variável que representa a ação da dopamina.

O comportamento do modelo reflete o possível papel de modulação da

dopamina. Mas existe um problema. A influência da dopamina na etiopatogenia

da esquizofrenia é dada pelo comportamento oposto, isto é, a hipótese

dopaminérgica diz que a esquizofrenia é resultado de uma demasiada atividade

dopaminérgica (KAPLAN et al., 1997; LOUZÃ NETO, 1995; BRANDÃO &

GRAEFF, 1997) e não pela hipofunção da mesma. Segundo SPITZER (1 999), a

discussão do papel da dopamina na esquizofrenia é extremamente complexa e dá

origem a várias controvérsias, contudo três pontos são importantes:

1. É geralmente aceito que a dinâmica da atuação da dopamina envolve

diferentes escalas de tempos, isto é, vai de alguns milisegundos até dias ou

semanas, passando por centenas de milisegundos;

2. O efeito agudo dos neurolépticos é bloquear o sistema dopaminérgico, mas

durante a administração crônica, algumas outros fenômenos também

acontecem (por exemplo os efeitos terapêuticos conhecidos), e talvez até o

aumento da atividade dopaminérgica.

3. A esquizofrenia pode não ser causada só por um distúrbio do sistema

dopaminérgico, mas também pode ser resultado de algum déficit micro-

anatôrnico primário, isto é, por um pequeno defeito na ligação de certos

neurônios, ou perda de neurônios no córtex frontal ou temporal, ou uma

migração de neurônios para uma localização errada ou camada cortical errada.

Desta forma, a dopamina poderia ter um papel secundário dentro de um processo

compensatório. Este processo seria a neuromodulação. Todas estas possibilidades

são objetos de intensas pesquisas, segundo SPITZER (1999).

A questão, então, é a seguinte: existe algum achado que mostra uma

hipoatividade dopaminérgica em sujeitos esquizofiênicos, que justifique a

hipótese da neuromodulação da relação sinal-ruído utilizada no modelo? A

resposta é sim. KAHN et al. (1995) e KISCHKA et al. (1996) apontam vários

estudos que sugerem uma ligação direta do decréscimo da atividade

dopaminérgica com déficit cognitivo nos esquizofrênicos e com o

comprometimento do córtex pré-frontal. Tais achados podem estar associados a

um decréscimo da atividade dopaminérgica do sistema mesocortical que

influencia o córtex, que por sua vez é responsável pelas funções cognitivas

(DAVIS et al., 1991; GRACE, 1991). O modelo utilizou a idéia sugerida por

COHEN & SERVAN-SCHREIBER (1992, 1993) que a dopamina atua como

neuromodulador amplificando os sinais fortes e atenuando os sinais fiacos

simulando, assim, uma possível atuação da dopamina como responsável pela

1 O3

concentração da ativação em uma unidade (focalização) ou espraiamento das

ativações (desfocalização).

6.4 Simulação 4: Verificação se o Modelo Reproduz o

Comportamento de Propagação da Ativação

Nesta simulação foi apresentado um estímulo e acompanhado em quatro

períodos de tempo diferente. Foi observado que o modelo implementa a idéia da

propagação da ativação (COLLINS et al., 1975), isto é, com o passar do tempo

as outras unidades próximas vão se ativando (figura 6.17). Os parâmetros

utilizados foram os mesmos da simulação 1.

F'igura 6.17: Comportamento da ativação da rede em quatro momentos

diferente: (a) t=20, (b) t=112, (c) t=470 e (d)t=630.

6.5 Simulação 5: Verificação se o Modelo Reproduz o

Conceito de Idéia Fixa como um Porte Ruído em uma

Unidade

Nesta simulação utilizou-se os mesmos parâmetros da simulação 1, porém

aumentou-se o ruído na ordem de 30% . O resultado foi a ativação de um conceito

não relacionado. Em outras palavras, o conceito "intruso" era sempre ativado

independente do estímulo. Tal resultado tenta simular o conceito de idéia fixa

presente nos esquizofrênicos com distúrbio de pensamento. A simulação consistiu

na escolha de uma determinada unidade como representante de uma idéia fixa,

isto é, o parâmetro correspondente ao seu ruído foi aumentado, e ativada com um

outro estímulo. Veja na figura 6.16 o resultado da rede para meia como idéia fixa

e perna como estímulo.

Figura 6.18: Resultado da simulação da resposta da rede para o estímulo

perna tendo sido aumentado o ruído da unidade correspondente ao estímulo

meia na ordem de 30%.

6.6 Considerações Finais

O modelo mostrou-se adequado na forma de representar as características

semânticas (simulação 1) confirmando que os mapas de características auto-

organizáveis se organizam topograficamente seguindo o princípio das

similaridades e da freqiiência das entradas, além de suportar a idéia que uma rede

semântica (forma de representação clássica da inteligência artificial simbolista)

pode ser vista como uma rede de micro-características (forma de representação do

conhecimento conexionista). A forma de acesso ao mapa topográfico pode ser

descrito pelo modelo de propagação de ativação, isto é, a ativação de um nó

representativo de um conceito ativa os nós adjacentes, e com o passar do tempo

os conceitos associados são também ativados ou estão preparados para uma

ativação em momentos subsequentes (simulação 4) sendo esta idéia compatível

com os experimentos de decisão léxica.

O modelo reproduz o efeito depriming (simulação 2) reforçando a idéia que

os sujeitos esquizofrênicos com distúrbio de pensamento podem sofrer de uma

disfunção no acesso léxico. O problema não estaria no mecanismo de

armazenagem dos conceitos e sim no acesso. Este problema de acesso pode ser

caracterizado por uma desfocalização (simulação 3). O comportamento do modelo

reproduz as observações clínicas de experimentos com associações anormais de

palavras, e suporta a explicação para o aumento de desempenho na realização de

tarefas de processamento de associações normais pelos esquizofiênicos com

distúrbio de pensamento.

O modelo implementa a idéia que o espraiamento da propagação da ativação

corresponde ao grau de precisão da recuperação de um conceito, isto é, pouco

espraiamento corresponde a uma focalização no conceito estimulado, enquanto

uma desfocalização (perda da precisão do acesso léxico) corresponde um maior

espraiamemte. O modelo simula o grau de espraiamento através da variação do

parâmetro correspondente a possível ação de neuromodulação da dopamina. Tal

efeito neuromodulador da dopamina no córtex psé-frontal e temporal, através do

sistema dopaminérgico mesocortical, pode explicar o distúrbio de pensamento nos

esquizofrênicos como uma baixa relação sinal ruído.

Alguns distúrbios de pensamento podem ser explicados pela analogia com o

comportamento do modelo. Por exemplo, as associações indiretas ou pensamentos

tangentes observados nos esquizofrênicos com distúrbio de pensamento podem

ser explicadas pela desfocalização. As idéias fxas ou intrusões podem ser

explicadas, no modelo, pelo aumento do suído em certos neurônios (simulação 5).

Finalmente, conclui-se que a simulação com redes neuronais com unidades

mais detalhadas pode ajudar o entendimento das enfermidades mentais, bem como

relacionar achados e sugerir uma integração de teorias e procedimentos

experimentais da neurociência, da ciência cognitiva e da prática terapêutica.

Capítulo 7

Conclusão

O visto neste trabalho é que apesar de décadas de estudos (e dos avanços

tecnológicos) no estudo do cérebro, e especialmente na pesquisa sobre

esquizofrenia, ainda não se tem evidências diretas que possam ser aceitas, sem

restrições, pela comunidade cientifica. O que existe são diversas hipóteses que

tentam explicar somente alguns aspectos da esquizofrenia.

Talvez o grande problema seja saber de forma precisa o que é a

esquizofrenia (ou as esquizofrenias). Quanto à modelagem, o que podemos

observar é que os modelos são ainda incipientes, com uma pequena analogia com

os fenômenos modelados. Contudo, conforme os modelos, apesar de limitados,

são de fundamental importância porque tentam reunir fenômenos empíricos

aparentemente discrepantes debaixo de uma única explicação, provêem novas

interpretações de dados já existentes, reconciliam evidências contraditórias e

conduzem a novas predições.

Como contribuição deste trabalho, pode-se destacar o seguinte:

Desenvolvimento de um framework onde vários níveis de abstração de

diferentes paradigmas da inteligência artificial e da ciência cognitiva são

integrados para a simulação de alguns processos cognitivos;

Integração de diversas hipóteses e teorias em um modelo computacional,

permitindo assim a verificação de alguns princípios gerais pela simulação.

Pode-se indicar como trabalhos futuros:

Ampliação do domínio de conhecimentos com representação não só de

características semânticas, mas também com informações sobre a pronúncia,

sintaxe e ortografia;

Ampliar a equação da membrana a fim de capturar a dinâmica de outras

variáveis, isto é, outros neurotransmissores e neuromoduladores, ou até

mesmo os canais iônicos;

Simular o priming semântico indireto através da análise do comportamento da

rede para as segundas, terceiras e quartas associações mais frequentes. Além

do estudo do efeito da variação do SOA.

Simular os experimentos com outros tipos depriming, por exemplo o priming

de repetição, onde uma exposição prévia a uma palavra prepara uma evocação

subseqüente dessa informação.

Aplicar o framework desenvolvido neste trabalho para explorar outros

fenômenos ou distúrbios, não só da esquizofrênia mas também de outros

transtornos psiquiátricos.

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